抽水蓄能電站水庫(kù)發(fā)電工況下側(cè)式進(jìn)出水口水流特性研究及體型優(yōu)化

抽水蓄能電站發(fā)電工況下側(cè)式進(jìn)/出水口水流特性及體型優(yōu)化河海大學(xué)抽水蓄能技術(shù)課程論文課程論文題目：抽水蓄能電站水庫(kù)發(fā)電工況下側(cè)式進(jìn)/出水口水流特性研究及體型優(yōu)化姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：專業(yè)：年級(jí)：指導(dǎo)教師：抽水蓄能電站水庫(kù)發(fā)電工況下側(cè)式進(jìn)/出水口水流特性研究及體型優(yōu)化摘要：本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，收集抽水蓄能電站側(cè)式進(jìn)出水口的研究現(xiàn)狀及發(fā)展，將抽水蓄能電站側(cè)式進(jìn)出水口概化為模型，利用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流方程，對(duì)發(fā)電工況下側(cè)式進(jìn)出水口的擴(kuò)散段、孔口、防渦梁底部的水流流動(dòng)進(jìn)行二維數(shù)值模擬，對(duì)不同方案的雙向水流進(jìn)/出水口進(jìn)出水口的各項(xiàng)水力特性進(jìn)行研究，進(jìn)出水口的體型及位置的變化對(duì)水流的影響。計(jì)算各種體型下的水頭損失系數(shù)，初步確定最優(yōu)體型。為側(cè)式進(jìn)/出水口的體型優(yōu)化提供可靠、詳細(xì)的依據(jù)。關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站側(cè)式進(jìn)/出水口數(shù)值模擬體型優(yōu)化StudyontheHydraulicCharacteristicsandShapeoptimizationForSideInlet-outletofPumpedstoragepowerstationsinelectricitygenerating

processAbstract:inthispaper,onthebasisofsummarizingthepredecessor’researchresults,collectingalotofsideinlet-outletofthepumpedstoragepowerstationonthepresentonthepresentconditionanddevelopment,establishedthemodelofsideinlet-outlet,usingthenormalκ-εtheory,analysisofwaterflowimpactofdivergentportion,holeentrance,undervortexprecautionbeamtogenerateelectricity,analysisofeffectofdifferentplantsofthehydrauliccharacteristics,calculatingvarioustypeoffigureofwaterheadlosscoefficient,determinationofoptimumbodytype.Theemphasishasprovidedreliablebasistothechangeofthepositionoftheeffectflowfortheinlet-outletoptimization.Keywords:pumpedstorageplant;sideinlet-outlet;numericalsimulation;shapeoptimization引言抽水蓄能是多種蓄能方式之一，其技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛和效益最高，自1909年首座抽水蓄能電站在瑞士誕生，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，取得了卓越的成績(jī)ADDINNE.Ref.{4FF279CA-B182-47BD-8E55-F2B81CC3BE53}[1-3]。抽水蓄能電站最初概念是將火電站非峰荷時(shí)的低價(jià)電能轉(zhuǎn)化為峰荷時(shí)的高價(jià)電能ADDINNE.Ref.{22C2AF5E-FFFC-4A16-BDC0-EE7651216E3E}[4]，隨著抽水蓄能電站的發(fā)展，目前所謂的抽水蓄能電站就是利用低谷時(shí)電力，將下庫(kù)水抽到上庫(kù)蓄能，待電網(wǎng)高峰期負(fù)荷時(shí)，放水回到下庫(kù)發(fā)電的水電站，如圖1所示。在許多電網(wǎng)中因峰谷差擴(kuò)大和多種經(jīng)濟(jì)原因，迫切要求調(diào)峰電源，抽水蓄能電站既是良好的調(diào)峰電源又具有電網(wǎng)調(diào)度上的高度靈活性。圖SEQ圖\*ARABIC1抽水蓄能電站你輸水系統(tǒng)剖面示意圖近年來(lái)，由于電力需求不斷增長(zhǎng)，同時(shí)電力系統(tǒng)的調(diào)峰填谷的需求也越來(lái)越大，因此很需要建設(shè)調(diào)峰填谷和動(dòng)態(tài)效益好的抽水蓄能電站。在抽水蓄能電站的上、下水庫(kù)中，進(jìn)/出水口是最重要的組成部分，抽水蓄能電站進(jìn)水口和出水口是合一的，對(duì)于下庫(kù)來(lái)說(shuō)，發(fā)電時(shí)為出水口，抽水時(shí)為進(jìn)水口，它具有雙向水流的特性，水流流態(tài)復(fù)雜，進(jìn)出水口的體型對(duì)進(jìn)/出水口的水力特性具有較大影響，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)電站的運(yùn)行性能和效益ADDINNE.Ref.{D166073D-47CA-4CCA-B2AC-3252D09F5FFF}[5]。根據(jù)其進(jìn)出水口的形式，抽水蓄能電站可分為側(cè)式和豎井式的兩種，如圖2。側(cè)式進(jìn)出水口由于水流從水平方向流入進(jìn)出水口，與豎井式相比流向沒(méi)有發(fā)生急劇變化，體型設(shè)計(jì)得當(dāng)時(shí)，能夠得到良好的水流條件。側(cè)式進(jìn)出水口在國(guó)內(nèi)外得到普遍采用ADDINNE.Ref.{80FB3E1A-AB7C-499E-8642-C0B01412B218}[6]，豎井式較少，因此有必要詳細(xì)分析側(cè)式進(jìn)出水口內(nèi)部的水力特性。一直以來(lái)，對(duì)抽水蓄能電站進(jìn)出水口的研究主要是用物理模型試驗(yàn)的方法ADDINNE.Ref.{6A4AFBA6-B6DE-4975-B5F3-BB8AFDBD1AF6}[7]，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬以其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，逐漸得到廣泛的應(yīng)用。蔡付林ADDINNE.Ref.{FE5FB116-9544-4F5A-9572-C6D538BADAF1}[8]等人對(duì)側(cè)式進(jìn)出水口的分流墩通過(guò)水力試驗(yàn)進(jìn)行了研究，認(rèn)為水力性能與分流墩的形狀、位置關(guān)系密切；張從聯(lián)ADDINNE.Ref.{9B698458-979C-460D-A890-62E011C5BC01}[9]等人對(duì)惠州抽水蓄能電站上庫(kù)側(cè)式進(jìn)出水口進(jìn)行了水力模型試驗(yàn)；黃智敏ADDINNE.Ref.{FBAD028B-F0D2-4899-8CF8-BDDDDC61E549}[10]等人對(duì)廣州抽水蓄能電站下庫(kù)進(jìn)出水口進(jìn)行水力試驗(yàn)；章軍軍ADDINNE.Ref.{80DFC058-F32C-4F20-8BBD-D51E40F0673F}[11]等應(yīng)用三維數(shù)值模擬對(duì)某抽水蓄能電站原設(shè)計(jì)體型采用RNGκ-ε湍流模型研究，并成功進(jìn)行優(yōu)化；C.Forke[12]和K.Rettemeier，G.DemnyADDINNE.Ref.{31A38F96-2877-4D02-B9B1-9A4D52972071}[13,14]等運(yùn)用大漩渦模擬方法分別對(duì)Bakun和Wintrich水電站進(jìn)水口流場(chǎng)進(jìn)行了模擬，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合很好；C.Y.WeiADDINNE.Ref.{0687A36E-1565-41F3-89AA-7009030EA9C1}[15]等對(duì)抽水蓄能電站進(jìn)出水渠抽水工況進(jìn)流和發(fā)電工況出流進(jìn)行了數(shù)值仿真，試驗(yàn)中其模擬計(jì)算出的結(jié)果與試驗(yàn)中觀察的結(jié)果吻合；姜成海ADDINNE.Ref.{2ED38C0B-5417-4AF8-96B0-9D98A8D1B1D8}[16]等人對(duì)浙江仙居抽水蓄能電站下庫(kù)進(jìn)出水口及泄放洞布置方案進(jìn)行了不同工況試驗(yàn)研究，分析水力特性，并提出優(yōu)化方案；郭雪ADDINNE.Ref.{44CA060C-7BC4-489F-88E0-03F52D0AADDC}[17]對(duì)張河灣抽水蓄能電站上、下庫(kù)進(jìn)出水口布置和體型設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。本文主要通過(guò)收集大量的抽水蓄能電站的資料，利用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流方程ADDINNE.Ref.{99FAD81D-CB65-43D5-B599-67042CCCD629}[18]，對(duì)發(fā)電工況下側(cè)式進(jìn)出水口的擴(kuò)散段、孔口、防渦梁底部的水流流動(dòng)進(jìn)行二維數(shù)值模擬，研究進(jìn)出水口體型的各部分對(duì)孔口附近的水力特性的影響ADDINNE.Ref.{FC0E15E4-507D-4BD5-8531-87AB91CF3D22}[19]，為側(cè)式進(jìn)出水口的體型優(yōu)化提供可靠、詳細(xì)的依據(jù)。圖SEQ圖\*ARABIC2側(cè)式進(jìn)/出水口平面及剖面圖紊流運(yùn)動(dòng)的基本理論流體流動(dòng)要受物理守恒定律支配，基本的守恒定律包括：質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律。如果流動(dòng)包含不同組分的混合或相互作用，系統(tǒng)還要遵守組分守恒定律。如果流動(dòng)處于湍流狀態(tài)，系統(tǒng)還要遵守附加的湍流運(yùn)輸方程。湍流是自然界非常普遍的流動(dòng)類型，湍流運(yùn)動(dòng)的特征是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中液體質(zhì)點(diǎn)具有不斷的互相混摻的現(xiàn)象，速度和壓力等物理量在空間和時(shí)間上均具有隨機(jī)性質(zhì)的脈動(dòng)值。式3-9是三維瞬態(tài)Navier-Stokes方程[20]，無(wú)論對(duì)層流還是湍流都是適用的。但對(duì)于湍流，如果直接求解三維瞬態(tài)的控制方程。需要采用對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存和速度要求很高的直接模擬方法，但目前還不可能在實(shí)際工程中采用此方法。工程中廣為采用的方法是對(duì)瞬態(tài)Navier-Stokes方程做時(shí)間平均處理的，同時(shí)補(bǔ)充反應(yīng)湍流特性的其他方程，如湍動(dòng)能方程和湍流耗散率方程[21]等。這些附加的方程也可以納入此形式中，采用同一程序代碼在求解。三維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型是水體流動(dòng)過(guò)程的完整描述，主要控制方程中的連續(xù)方程為：?u水的動(dòng)量守恒方程，也稱作Navier-Stokes方程[20]或運(yùn)動(dòng)方程為：?=?=?=紊流模型采用κ-ε模型，κ-ε模型計(jì)算精度高，數(shù)值穩(wěn)定性好，計(jì)算量適中，比較適合于側(cè)式進(jìn)出水口的計(jì)算[22,23]，該模型模型的基本方程如下：v?k?εG=式中，u、v、w分別為x、y、z方向流速；vt、vh分別為水平方向和垂向紊動(dòng)粘性系數(shù)；ρ為密度；p為壓強(qiáng)；fx、fy、fz分別為x、y、z方向的體積力分量；k為紊動(dòng)動(dòng)能；ε為紊動(dòng)動(dòng)能耗散率；δk、δc分別為紊動(dòng)施密特?cái)?shù)和耗散施密特?cái)?shù)；c側(cè)式進(jìn)出水口數(shù)值模擬計(jì)算流體力學(xué)的基本特征是數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，在科學(xué)研究和工程技術(shù)產(chǎn)生巨大的影響。自1981年以來(lái)，出現(xiàn)了如Fluent，CFX，Phoenics，Star-CD，F(xiàn)idip等許多商用CFD軟件。Fluent是目前功能最全面、適用性最廣、國(guó)內(nèi)適用最廣泛的CFD軟件之一[24-26]。Fluent提供非常靈活的網(wǎng)絡(luò)特性，讓用戶可以適用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，包括三角形、四邊形、六邊形、金字塔網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決具有復(fù)雜外形的流動(dòng)，甚至可以混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，允許用戶根據(jù)具體情況進(jìn)行修改。Fluent可用于二維、三維流動(dòng)分析，它的紊流模型包括κ-ε模型、Reynolds應(yīng)力模型、LES模型、標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)、雙層近壁面模型等。其提供的邊界條件包括多種，如流動(dòng)進(jìn)口及出口邊界條件、壁面邊界條件等，可采用多種局部的笛卡爾和圓柱坐標(biāo)系的分量輸入，所有邊界條件均可隨空間和時(shí)間變化。工程概況泰安抽水蓄能水電站ADDINNE.Ref.{96BB6E20-C23A-4129-A865-87E2E22A0883}[22]位于山東省泰安市西郊的泰山西南山麓，為1d調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房、下水庫(kù)、地面開關(guān)站等建筑物組成，電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量250MW的單機(jī)立軸混流可逆式水泵水輪機(jī)組，總裝機(jī)容量為1000MW。電站在山東電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷作用，并兼有調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等功能，電站建成后，以二回220KW出線接入山東省電網(wǎng)。電站輸水道系統(tǒng)布置于橫嶺南坡東北向山梁及山前丘陵區(qū)內(nèi)，引水系統(tǒng)采用2洞4機(jī)布置。引水主管直徑為8.0m，引水支管直徑4.8m；尾水主管直徑8.5m，尾水支管直徑為6.0m；發(fā)電工況額定單機(jī)發(fā)電流量為132.2m3s，最小揚(yáng)程單機(jī)抽水流量上水庫(kù)基本資料如下：水位：正常蓄水位410.00m；死水位386.00m；最大工作水深24.1m。庫(kù)容：死庫(kù)容207.00萬(wàn)m3調(diào)節(jié)庫(kù)容890.00萬(wàn)m3總庫(kù)容1147萬(wàn)流量：發(fā)電工況，單個(gè)進(jìn)出水口額定流量為264.4m3s。抽水工況，最大流量為224.6泰安抽水蓄能電站上水庫(kù)主要有以下部分組成：閘門塔、調(diào)整段、擴(kuò)散段、攔污柵段、前池、明渠、閘門塔檢修平臺(tái)、攔污柵檢修平臺(tái)交通橋、公路平臺(tái)等組成。單個(gè)下庫(kù)進(jìn)出水口孔凈寬24m，加上三個(gè)中墩，2個(gè)邊墩，墩寬均為1.5m，則單個(gè)進(jìn)出水口寬度為31.5m。平面圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC3上水庫(kù)進(jìn)出水口總平面布置圖圖SEQ圖\*ARABIC4側(cè)式進(jìn)出水口平面圖圖SEQ圖\*ARABIC5側(cè)式進(jìn)出水口原體型剖面圖進(jìn)出水口體型的二維模擬本文采用SIMPLE算法，SIMPLE算法是求解壓力耦合方程組的半穩(wěn)式方法?；舅惴ㄊ牵簩?duì)于給定的壓力場(chǎng)（它可以假定的值，或是上一次迭代計(jì)算所得的結(jié)果），求解離散形式的動(dòng)量方程，得到速度場(chǎng)。因?yàn)閴毫?chǎng)是假定的或不精確的，這樣，由此得到的速度場(chǎng)一般不滿足連續(xù)方程，因此，必須對(duì)給定的壓力場(chǎng)進(jìn)行修正，修正的基本原則是：與修正后的壓力場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的速度場(chǎng)能滿足這一迭代層次上的連續(xù)方程，根據(jù)這一原則，我們把動(dòng)量方程的；離散形式所規(guī)定的壓力與速度的關(guān)系帶入連續(xù)方程的離散形式從而得到壓力修正方程，由壓力修正方程得出壓力修正值。接著根據(jù)修正后的壓力場(chǎng)，求的新的速度場(chǎng)。然后檢查速度場(chǎng)是否收斂，若不收斂，用修正后的壓力場(chǎng)作為給定的壓力場(chǎng)，開始下一層次的計(jì)算，如此反復(fù)，直到獲得收斂解ADDINNE.Ref.{14C20CE7-E646-401F-B780-A7BF4F11702B}[6]。根據(jù)泰安抽水蓄能電站上水庫(kù)的平面圖和剖面圖，用CAD畫出的圖形輸出為ACIS的文件格式，然后將模型導(dǎo)入GAMBIT。用GAMBIT軟件對(duì)進(jìn)出水口內(nèi)部的過(guò)流部分網(wǎng)格化，采用結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為0.1~0.4m。網(wǎng)格劃分以后，將其輸出成msh格式的文件，輸入到Fluent中，然后定義參數(shù)求解。無(wú)防渦梁體型時(shí)的二維模擬發(fā)電工況下，無(wú)防渦梁體型下的流態(tài)圖6、7。水流從防渦段均勻流入，流入后，在擴(kuò)散段頂部為回流區(qū)，存在較大的回流。底部速度較大，存在較大的沖刷。圖SEQ圖\*ARABIC6進(jìn)出水口二維速度矢量圖圖SEQ圖\*ARABIC7進(jìn)出水口壓力分布圖2.矩形防渦梁體型二維模擬發(fā)電工況下，矩形防渦梁的流場(chǎng)如圖8、9所示，防渦梁ADDINNE.Ref.{0273007E-B7B5-442E-BDCA-D568C4299817}[27]下和閘門口的流速分布比較均勻，由于防渦梁和閘門口高度不一致，可以明顯看出主流發(fā)生轉(zhuǎn)向，在擴(kuò)散段的頂部有回流區(qū)，底部速度較大，但形成均勻的流束，然后與主流混合，底板部分的水流方向向上，與主流方向不一致，將增加水流阻力。地板部分水流平順，與主流方向基本一致，但防渦梁的布置方式與主流方向不一致，部分流量從梁間穿過(guò)，引起梁下流態(tài)相對(duì)復(fù)雜，主流空間受到壓縮。圖SEQ圖\*ARABIC8進(jìn)出水口的二維速度矢量圖圖SEQ圖\*ARABIC9進(jìn)出水口壓力分布等值線云圖3.防渦板式防渦梁體型二維模擬發(fā)電工況下，防渦板式體型下的流態(tài)見圖10、11所示。受防渦板影響，板底有低速回流區(qū)，增加了水流阻力，但不影響主流方向，水流從進(jìn)水口進(jìn)入流速比較均勻，擴(kuò)散段頂部有小的回流區(qū)。圖SEQ圖\*ARABIC10進(jìn)出水口二維速度矢量圖圖SEQ圖\*ARABIC11進(jìn)出水口壓力分布等值線云圖4.階梯式防渦梁體型時(shí)的二維模擬發(fā)電工況下，階梯防渦梁體型計(jì)算流場(chǎng)見圖12-14，防渦梁底部和擴(kuò)散段內(nèi)部的流速分布比較均勻，梁的布置方式與水流方向一致。正常蓄水位時(shí)，水流從梁間穿入，然后與主流混合，穿梁進(jìn)入水流經(jīng)轉(zhuǎn)向后與主流方向摻混，整體比較平順，擴(kuò)散段基本沒(méi)有回流。圖SEQ圖\*ARABIC12進(jìn)出水口二維速度矢量圖圖SEQ圖\*ARABIC13防渦梁附近速度矢量分布圖SEQ圖\*ARABIC14進(jìn)出水口壓力分布等值線云圖5.圓形防渦梁體型的二維模擬發(fā)電工況下，防渦板式體型下的流態(tài)見圖15-17。由于圓形防渦梁的流速較小，流態(tài)變化不大。受防渦梁的影響，防渦梁底部有低流速區(qū)，壓縮了主流空間。擴(kuò)散段頂部有較大的回流區(qū)，增加了水流阻力。圖SEQ圖\*ARABIC15進(jìn)出水口二維速度矢量圖圖SEQ圖\*ARABIC16防渦梁附近速度矢量分布圖SEQ圖\*ARABIC17進(jìn)出水口壓力分布等值線云圖二維模擬結(jié)果分析水流的流態(tài)分析從水力學(xué)角度出發(fā)，電站的進(jìn)出水口都力求出流平順，流速分布均勻。但是由于抽水蓄能電站的進(jìn)水口同時(shí)也為出水口，給進(jìn)出流的流速分布和流量分配提了更高的要求。從攔污柵的安全運(yùn)行角度出發(fā)，《水利水電工程進(jìn)/出水口設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL285-2003）規(guī)定，抽水蓄能電站進(jìn)/出水口過(guò)攔污柵流速宜為0.8~1.0m/s，過(guò)柵流速分布不均勻系數(shù)不宜大于1.5ADDINNE.Ref.{B779CABF-ED48-4D38-893B-8AB0C9320910}[28]。進(jìn)出水口流速分布不均勻系數(shù)定義斷面的流速不均勻系數(shù)α定義如下：α=式中，Vmax為斷面最大流速（m/s），V為斷面平均流速（m/s）流速不均勻系數(shù)的計(jì)算如下表表SEQ表\*ARABIC1各流道流速不均勻系數(shù)計(jì)算結(jié)果無(wú)防渦梁圓形防渦梁矩形防渦梁階梯形防渦梁防渦板防渦梁2-2斷面1.141.541.121.241.421-1斷面1.261.261.431.231.13由二維的模擬結(jié)果可知，無(wú)防渦梁和階梯式防渦梁的流速不均勻系數(shù)比較穩(wěn)定，均小于規(guī)定給的1.5，并且小于試驗(yàn)時(shí)的最大不均勻系數(shù)1.33，說(shuō)明流道流速穩(wěn)定，主流上下擺動(dòng)現(xiàn)象較小。水頭損失分析進(jìn)出水口的水頭損失主要是局部水頭損失，水頭損失的大小直接關(guān)系到電站的經(jīng)濟(jì)效益，其水頭損失的大小是衡量進(jìn)出水口水流條件優(yōu)劣的重要指標(biāo)。進(jìn)出水口的水頭損失取決于進(jìn)出水流狀況，主要有擴(kuò)散沖擊、局部分離和局部沖擊，其影響參數(shù)主要有頂板擴(kuò)散角、擴(kuò)散度、來(lái)流條件及下游淹沒(méi)等因素；在有分流墩隔墻構(gòu)成多通道的情況下，各通道流量分配的均勻程度是影響進(jìn)出水口水頭損失更為重要的因素。一般情況下進(jìn)出水口在入流時(shí)水頭損失較小，水頭損失系數(shù)一般在0.2~0.3之間變化；在出流情況下，水頭損失系數(shù)較大，水頭損失系數(shù)約在0.3~0.6ADDINNE.Ref.{F1B3C572-2F06-4399-AED3-3B7705E93856}[29]。表2為一些抽水蓄能電站的水頭損失系數(shù)[30]。表SEQ表\*ARABIC2一些抽水蓄能電站的水頭損失系數(shù)電站名稱進(jìn)出水口類型進(jìn)流出流廣州側(cè)式0.190.39惠州側(cè)式0.340.39天荒坪側(cè)式0.250.33宜興（上庫(kù)）側(cè)式0.190.48宜興（下庫(kù)）側(cè)式0.140.46沙河側(cè)式0.180.42十三陵（上庫(kù)）側(cè)式0.210.35十三陵（下庫(kù)）側(cè)式0.220.33戴維斯（美國(guó)）側(cè)式0.300.80斯洛維克（英國(guó)）側(cè)式0.230.45扎戈?duì)査够ㄌK聯(lián)）側(cè)式0.160.54碧敬寺豎井式0.300.75進(jìn)出水口水頭損失包括進(jìn)出水口和漸變段，即水流自漸變段始端至上庫(kù)水面的總水頭損失。水流在流動(dòng)過(guò)程中，遭到局部破壞，流體發(fā)生劇烈的紊動(dòng)、脫離管壁形成渦流和繞過(guò)障礙物等現(xiàn)象，是流體的動(dòng)量交換加劇，增加了能量損失。流體由有壓流動(dòng)到無(wú)壓流動(dòng)的過(guò)程時(shí)動(dòng)壓損失也屬局部水頭損失現(xiàn)象。斷面2-2和1-1之間的能量方程為：H根據(jù)液體流動(dòng)的連續(xù)方程：v根據(jù)伯努利方程，發(fā)電和抽水兩種工況下，進(jìn)出水口的水頭損失系數(shù)按如下公式計(jì)算：發(fā)電工況進(jìn)出水口水頭損失：hξ=抽水工況進(jìn)出水口水頭損失：hξ=式中：H1、H2為斷面2-2和1-1測(cè)壓管水頭(m)，v1和v2分別表示斷面2-2和1-1的平均流速（m/s），α1、α2為斷面流速分布系數(shù)，hj為表SEQ表\*ARABIC3各種體型時(shí)在發(fā)電工況下的水頭損失無(wú)防渦梁圓形防渦梁矩形防渦梁階梯形防渦梁防渦板防渦梁水頭損失0.110.1060.1240.0670.113水頭損失系數(shù)0.350.2690.1620.1340.209通過(guò)計(jì)算，階梯形防渦梁的水頭損失要明顯小于其他體型，水流比較均勻，沒(méi)有回流區(qū)。水頭損失較小。壓力分布分析從上圖中可以看出，孔口附近壓強(qiáng)分布和靜水壓強(qiáng)分布變化不大。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，發(fā)電工況下，動(dòng)水壓強(qiáng)分布與靜水壓強(qiáng)分布有一定的差別，但由于發(fā)電工況下孔口附近流速較小v<1.0m/s，壓強(qiáng)分布受水流影響不大，僅在回流區(qū)動(dòng)水壓強(qiáng)變化明顯。結(jié)論本文通過(guò)5種進(jìn)水出口體型的二維模擬，從流態(tài)、水頭損失、壓力分布、漩渦和環(huán)流四個(gè)方面進(jìn)行分析比較，并與原防渦梁體型與其他體型進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)五種體型的水流基本都能均勻出流，但擴(kuò)散段頂有回流、底部流速偏高，近壁局部區(qū)域有陣發(fā)性回流，擴(kuò)散段水平擴(kuò)散是形成回流的主要原因。階梯形防渦梁進(jìn)出水口比其他體型的防渦梁進(jìn)出水口在流態(tài)上有所改善，垂線不均勻系數(shù)較原體型也有所降低，擴(kuò)散段流速分布較其他體型均勻，頂、底層最小流速值明顯大于其他體型，水流擴(kuò)散較好。水頭損失系數(shù)較其他體型也略有減小。擴(kuò)散段近壁局部區(qū)域陣發(fā)性回流與其他體型相比，區(qū)域范圍有所縮小，強(qiáng)度明顯減弱，基本確定階梯形防渦梁為優(yōu)化的體型。ADDINNE.Bib參考文獻(xiàn)[1]汪達(dá).世界抽水蓄能電站的建設(shè)與發(fā)展[J].資源開發(fā)與保護(hù),1992(01):65-67.[2]李勇.抽水蓄能電站發(fā)展探討[J].江淮水利科技,2015(3):5-6,43.[3]楊澤艷，趙全勝，方光達(dá).我國(guó)水工技術(shù)發(fā)展與展望[J].水力發(fā)電,2012,38(10):28-32.[4]盧占會(huì)，段樹勇.發(fā)展中的抽水蓄能電站[J].電力情報(bào),1994(03):26-30.[5]韓立.抽水蓄能電站進(jìn)/出水口水力設(shè)計(jì)[Z].廣州:200597-112.[6]高學(xué)平，葉飛，宋慧芳.側(cè)式進(jìn)／出水口水流運(yùn)動(dòng)三維數(shù)值模擬[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào).2006(05):518-522.[7]沙海飛，周輝，黃東軍.抽水蓄能電站側(cè)式進(jìn)/出水口數(shù)值模擬[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2009(01):84-88.[8]蔡付林，胡明，張志明.雙向水流側(cè)式進(jìn)出水口分流墩研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000,28(2):74-77.[9]張從聯(lián)，朱紅華，鐘偉強(qiáng)等.惠州抽水蓄能電站上庫(kù)進(jìn)出水口水力學(xué)模型試驗(yàn)[J].水利水電科技進(jìn)展,2004,24(6):13-16.[10]黃智敏，張從聯(lián)，朱紅華等.抽水蓄能電站側(cè)式進(jìn)、出水口的體型研究[J].水電站設(shè)計(jì),2007(02):22-24.[11]章軍軍.抽水蓄能電站豎井式進(jìn)/出水口體型優(yōu)化與“卜”型岔管研究[碩士論文D].浙江大學(xué),2005.[12]SaffmanPG，PullinDI.CalculationofvelocitystructurefunctionsforvortexmodelsofisotropicturbulenceFhysicsofFluids，1996，8(11)：3072-3084.[13]BetchelorGK.AnintroductiontoFluiddynamics，London：CambridgeUniversityPress，1970,543-546.[14]王小華，何鐘怡.二并列方柱繞流的大渦模擬[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2002(02):49-53.[15]桂林，王文蓉，周翔.水電站進(jìn)水口水工模型試驗(yàn)研究[J].四川水力發(fā)電,2001(03):99-100.[16]姜成海，曹璽，何少云.抽水蓄能電站下庫(kù)進(jìn)/出水口水力特性[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),201