排灌机械工程学报
   首页  学报介绍  编 委 会  作者园地  征订启事  编校法规  编读往来  录用公告  广告合作   行业新闻  留  言  English 
排灌机械工程学报  2014, Vol. 32 Issue (9): 765-770    DOI: 10.3969/j.issn.1674-8530.13.1027
水利水电工程 最新目录 | 下期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 Previous Articles  |  Next Articles  
基于弱可压缩模型的抽蓄电站引水系统数值模拟
陈世凡, 周大庆, 陈洋
河海大学能源与电气学院, 江苏 南京 211100
Numerical simulation of flow in penstock of pumped storage power station based on weakly compressible flow model
Chen Shifan, Zhou Daqing, Chen Yang
College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 211100, China
 全文: PDF (3106 KB)   HTML (1 KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 通过建立全三维的弱可压缩流体模型,利用求解非定常三维N-S方程的方法,在阀门出口边界加入流量随时间变化的程序,以模拟抽水蓄能电站的甩负荷工况,并对不同水体模型下的情况进行模拟,得到了引水管道内各测量断面压力与流量、调压井内水位随时间的变化规律,以及管道出口处压力、管道内部水流流态的变化规律,并参照试验数据与不可压缩流体模型及一维特征线方法进行对比.结果表明:在考虑流体可压缩性的情况下,弱可压缩模型结果较不可压缩模型更接近试验数据,提高约0.16%;而弱可压缩模型阀门出口处的压力头值,较不可压缩模型低10.87 m.而流态分析表明,数值模拟方法在管道内流态的表现以及在调压井的波动方面,相比一维特征线方法更有优势.结论可为研究抽水蓄能电站引水系统甩负荷工况提供新的参考,并为精确的数值模拟计算提供新的思路和方法.
服务
把本文推荐给朋友
加入我的书架
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
陈世凡
周大庆
陈洋
关键词抽蓄电站   引水系统   甩负荷   过渡过程   弱可压缩流体模型   数值模拟     
Abstract: The weakly compressible and incompressible fluid flows in the penstock of a pumped storage power station are simulated under the load rejection condition by solving three-dimensional, unsteady and turbulent N-S equations along with an involved time-dependent flow rate subroutine, respectively. A couple of important time-dependent parameters, such as pressure, flow rate in several measurement sections in the penstock, water level in the surge tank, pressure at the penstock outlet as well as flow patterns in the penstock, have been obtained. The predicted transient pressure profiles are compared with the measurements. The pressure given by the weakly compressible fluid model is closer to the experimental data than those obtained by the incompressible fluid model and one-dimensional cha-racteristics method, showing a 0.16% better accuracy and 10.87 m pressure reduction at the penstock outlet. Compared with one-dimensional characteristics method, numerical simulation has more advantages in clarifying flow patterns in a penstock and tracking instantaneous water level in the surge tank. These results may be useful for understanding load rejection condition of hydro-turbine and provide some new ideas for simulating an unsteady flow in pumped storage power stations. 
Key wordspumped storage power station   water diversion system   load rejection   transient process   weakly compressible flow model   numerical simulation   
收稿日期: 2013-11-06;
基金资助:

国家自然科学基金资助项目(51106042)

通讯作者: 陈世凡(1989—),男,陕西汉中人,硕士研究生(chester0201@126.com),主要从事流体机械过渡过程研究.   
作者简介: 周大庆(1976—),男,浙江泰顺人,副教授,博士(zhoudaqing@hhu.edu.cn),主要从事流体机械及工程研究.
引用本文:   
陈世凡,周大庆,陈洋. 基于弱可压缩模型的抽蓄电站引水系统数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(9): 765-770.
CHEN Shi-Fan,ZHOU Da-Qing,CHEN Yang. Numerical simulation of flow in penstock of pumped storage power station based on weakly compressible flow model[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engin, 2014, 32(9): 765-770.
 
[1] Song C C S, Yuan Mingshun. A weakly compressible flow model and rapid convergence methods[J]. Journal of Fluids Engineering, 1988,110(4):441-445.
[2] 于波. 弱可压缩流体流动模型及数值求解[J]. 长江科学院院报, 2001,18(1):6-9.
Yu Bo. Brief presentation on weakly compressible flow model and its numerical solution[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2001,18(1):6-9.(in Chinese).
[3] 于波,万玉倩,陆宏圻. 基于弱可压缩理论的射流泵流场数值预报[J]. 长江科学院院报, 2003,20(5):12-14,17.
Yu Bo, Wan Yuqian, Lu Hongqi. Numerical forecast for jet pump flow based on theory of weakly compressible flow[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2003,20(5):12-14,17.(in Chinese)
[4] 王泽良,陶建华. 水动力学问题的弱可压缩模型求解方法研究[J]. 应用力学学报, 2004,21(1):121-124.
Wang Zeliang, Tao Jianhua. Study on the application of weakly compressible N-S equations in solving 3-D hydraulic problems[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2004,21(1):121-124.(in Chinese)
[5] 林明森,陶建华. 三维溃坝问题的数值模拟研究[J]. 水利学报,1996(7):67-74.
[6] Lin Mingsen, Tao Jianhua. A study on simulation of 3-D dam-break flow with numecrial method[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 1996(7):67-74.(in Chinese)
[7] 张昌兵,杨永全. 对称型导叶在不同攻角下的水力特性数值分析[J]. 四川大学学报: 工程科学版, 2002,34(6):28-31.
Zhang Changbing, Yang Yongquan. Hydraulic characteristic analysis of symmetrical guide blade under diffe-rent attacking angles[J]. Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition, 2002,34(6):28-31.(in Chinese)
[8] 张昌兵. 水力机械叶片尾流机理研究[J]. 四川大学学报: 工程科学版, 2005,37(6):15-19.
Zhang Changbing. Research on mechanism of trailing flow for hydrofoils[J]. Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition, 2005,37(6):15-19.(in Chinese)
[9] Launder B E, Spalding D B. The numerical computation of turbulent flows[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1974,3(2):269-289.
[10] 何照青,牧振伟,李新,等. 基于VOF模型的倒虹吸进出口流场数值模拟[J]. 中国农村水利水电, 2012(3):94-96.
[11] He Zhaoqing, Mu Zhenwei, Li Xin, et al. A numerical simulation of 3-D flow field of inverted siphon import and exports based on VOF method[J]. China Rural Water and Hydropower, 2012(3):94-96.(in Chinese)
[12] 付亮, 王义国. 有调压井水电站甩负荷试验与仿真分析[J]. 水电能源科学, 2012,30(6):154-157.
Fu Liang, Wang Yiguo. Load shedding test and simulation analysis of hydropower station with surge shaft[J]. Water Resources and Power, 2012,30(6):154-157.(in Chinese)
[13] 张春. 抽水蓄能电站一管多机相继甩负荷过渡过程研究[J]. 水利水电技术, 2011,42(12):66-70,83.
Zhang Chun. Study on transition process of load successive rejection of multiple units per penstock in pumped storage hydropower power station[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2011,42(12):66-70,83.(in Chinese)
[14] 杨洪涛. 白莲河抽水蓄能电站双机甩负荷试验分析[J]. 水力发电, 2012,38(7):60-63,79.
Yang Hongtao. Analysis on double load rejection tests of Bailianhe pumped-torage power station[J]. Water Power, 2012,38(7):60-63,79.(in Chinese)
[15] 王波. 抽水蓄能电站引水系统过渡过程计算研究[D]. 武汉:华中科技大学水电与数字化工程学院, 2012.
[1] 施卫东, 李辉, 王川, 徐媛晖. 低比转数离心泵进口预旋的数值计算[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(8): 652-657.
[2] 张菲茜, 武鹏, 吴大转, 王乐勤, 张辉平. 微型旋涡泵水力特性与轴向力计算[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(8): 658-662.
[3] 徐茂森,, 龙新平,, 杨雪龙,, 吴伟,, 王晓川,, 王雪颖,. 喷嘴位置对新型环形射流泵性能的影响[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(7): 563-566.
[4] 王文全, 尹锐, 闫妍. 不同雷诺数下混流式水轮机密封间隙通道内流动特征分析[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(7): 611-616.
[5] 田飞, 施卫东, 卢熙宁, 张德胜, 郎涛. 潜水搅拌机内部压力脉动特性分析[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(7): 606-610.
[6] 陈洋, 周大庆, 李玲玉, 陈世凡. 水动冷却塔直驱混流式水轮机转轮数值模拟优化[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(7): 600-605.
[7] 罗欣, 郑源, 张新. 轴流泵马鞍区流场流固耦合数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(6): 466-471.
[8] 王煜, 戴会超,, 毛劲乔, 彭秀华. 葛洲坝大江泄流对中华鲟产卵场空间分布特征的影响[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(6): 487-493.
[9] 史凤霞, 杨军虎, 王晓晖. 导叶进出口角对能量回收水力透平性能的影响[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(5): 378-381.
[10] 毛劲乔,, 李智, 戴会超,, 柯云. 水库调度影响下中华鲟产卵场的水动力特征[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(5): 399-403.
[11] 施卫东, 张光建, 张德胜, 吴苏青, 徐焰栋. 入口非均匀流对轴流泵性能和压力脉动的影响[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(4): 277-282.
[12] 龙云, 朱荣生, 付强, 袁寿其, 习毅. 核主泵小流量工况下不稳定流动数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(4): 290-295.
[13] 李娇娇, 张有忱. 基于Fluent的串接组合式迷宫螺旋泵数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(4): 296-301.
[14] 李鲁辉, 肖聚亮, 莫振伟, 王刚, 王国栋. 筒阀动水关闭过程中下边缘形状对流场的影响[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(4): 327-332.
[15] 张玉新, 王秀叶, 丁鹏, 唐学林. 潜水轴流泵内部流场压力脉动的数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2014, 32(4): 302-307.

江苏大学梦溪校区(镇江市梦溪园巷30号)图书馆5楼 0511-84440893 传真0511--84440033
Copyright 江苏大学杂志社 2010-2015 All Rights Reserved