抽水蓄能电站水库发电工况下侧式进出水口水流特性研究及体型优化

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1、河海大学抽水蓄能技术课程论文课程论文题目：抽水蓄能电站水库发电工况下侧式进/出水口水流特性研究及体型优化姓名：　　学号：学院：专业：年级：指导教师：11河海大学抽水蓄能技术课程论文抽水蓄能电站水库发电工况下侧式进/出水口水流特性研究及体型优化摘要：本文在总结前人研究成果的基础上，收集抽水蓄能电站侧式进出水口的研究现状及发展，将抽水蓄能电站侧式进出水口概化为模型，利用标准κ-ε湍流方程，对发电工况下侧式进出水口的扩散段、孔口、防涡梁底部的水流流动进行二维数值模拟，对不同方案的双向水流进/出水口进出水口的各项水力特性进行研究，进出水口的体

2、型及位置的变化对水流的影响。计算各种体型下的水头损失系数，初步确定最优体型。为侧式进/出水口的体型优化提供可靠、详细的依据。关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口数值模拟体型优化StudyontheHydraulicCharacteristicsandShapeoptimizationForSideInlet-outletofPumpedstoragepowerstationsinelectricitygenerating processAbstract:inthispaper,onthebasisofsummarizingthepred

3、ecessor’researchresults,collectingalotofsideinlet-outletofthepumpedstoragepowerstationonthepresentonthepresentconditionanddevelopment,establishedthemodelofsideinlet-outlet,usingthenormalκ-εtheory,analysisofwaterflowimpactofdivergentportion,holeentrance,undervortexprecau

4、tionbeamtogenerateelectricity,analysisofeffectofdifferentplantsofthehydrauliccharacteristics,calculatingvarioustypeoffigureofwaterheadlosscoefficient,determinationofoptimumbodytype.Theemphasishasprovidedreliablebasistothechangeofthepositionoftheeffectflowfortheinlet-out

5、letoptimization.Keywords:pumpedstorageplant;sideinlet-outlet;numericalsimulation;shapeoptimization1引言抽水蓄能是多种蓄能方式之一，其技术最成熟、应用最广泛和效益最高，自1909年首座抽水蓄能电站在瑞士诞生，经过一个世纪的发展，取得了卓越的成绩[1-3]。抽水蓄能电站最初概念是将火电站非峰荷时的低价电能转化为峰荷时的高价电能[4]，随着抽水蓄能电站的发展，目前所谓的抽水蓄能电站就是利用低谷时电力，将下库水抽到上库蓄能，待电网高峰期负荷时，

6、放水回到下库发电的水电站，如图1所示。在许多电网中因峰谷差扩大和多种经济原因，迫切要求调峰电源，抽水蓄能电站既是良好的调峰电源又具有电网调度上的高度灵活性。11河海大学抽水蓄能技术课程论文图1抽水蓄能电站你输水系统剖面示意图近年来，由于电力需求不断增长，同时电力系统的调峰填谷的需求也越来越大，因此很需要建设调峰填谷和动态效益好的抽水蓄能电站。在抽水蓄能电站的上、下水库中，进/出水口是最重要的组成部分，抽水蓄能电站进水口和出水口是合一的，对于下库来说，发电时为出水口，抽水时为进水口，它具有双向水流的特性，水流流态复杂，进出水口的体型对进

7、/出水口的水力特性具有较大影响，其设计的好坏直接影响整个电站的运行性能和效益[5]。根据其进出水口的形式，抽水蓄能电站可分为侧式和竖井式的两种，如图2。侧式进出水口由于水流从水平方向流入进出水口，与竖井式相比流向没有发生急剧变化，体型设计得当时，能够得到良好的水流条件。侧式进出水口在国内外得到普遍采用[6]，竖井式较少，因此有必要详细分析侧式进出水口内部的水力特性。一直以来，对抽水蓄能电站进出水口的研究主要是用物理模型试验的方法[7]，但随着计算机技术的发展，数值模拟以其独有的优点，逐渐得到广泛的应用。蔡付林[8]等人对侧式进出水口的

8、分流墩通过水力试验进行了研究，认为水力性能与分流墩的形状、位置关系密切；张从联[9]等人对惠州抽水蓄能电站上库侧式进出水口进行了水力模型试验；黄智敏[10]等人对广州抽水蓄能电站下库进出水口进行水力试验；章军军[11]等