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龙滩水电站发电进水口前立轴旋涡的研究

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摘要

本文以国家实施西部大开发和西电东送的重要标志性工程——龙滩水电站为工程背景，从模型试验和三维数值模拟两种途径对龙滩水电站发电进水口前的水流流态进行研究，以达到消除进水口前吸气旋涡的目的。主要探讨了边界条件、水流流量、机组组合开启情况和淹没水深等因素对龙滩水电站进水口前立轴旋涡造成的影响，为研究立轴旋涡复杂的形成机理和丰富的物理意义提供了重要的依据，具有重要的理论意义和实用价值。
　　 具体而言，本文的主要工作如下：
　　 1．简单介绍了龙滩水电站的基本情况，概述了立轴旋涡在理论研究，模型试验和数值模拟的研究现状和研究意义。
　　 2．根据模型试验结果，对有立轴旋涡产生工况的进水口前流场进行分析，从边界因素解释了进水口前回流产生的原因，并得出以下研究成果：旋涡的平面速度随水深的增加而增大；在其它条件一致的情况下，流量增大更有利于旋涡的形成；根据试验结果对Gordon公式来流条件系数进行了修正，认为边界条件较为复杂的侧向取水时，来流条件系数取1.13。
　　 3．针对龙滩水电站的具体情况分析和比较了九种消涡措施，并最终选择将7＃～9＃机喇叭口缩进来与1＃～6＃机呈一条直线，1＃～7＃机进水口底板高程为305m，8＃～9＃机进水口底板高程为315m的设计方案。根据新的设计方案进行补充试验，结果表明进水口前水流状态较好，无环流，无旋涡。
　　 4．简单介绍了湍流数值模拟的基本理论和数值计算方法，选择适合旋涡模拟的湍流模型。
　　 5．通过对盆池水涡动过程的模拟，从自由水面、紊动能、紊动耗散率、紊动粘性系数等方面对比了结合VOF法的RNGκ-ε模型和Rkeκ-ε模型，并认为RNGκ-ε模型比Rkeκ-ε模型更适合旋涡的模拟。
　　 6．用Fluent软件对龙滩水电站发电进水口在新设计方案的各类工况进行仿真计算，将计算结果和补充试验结果进行对比，进一步验证了选择结合VOF法的RNGκ-ε模型模拟进水口前流场是正确的，同时也更加确认了进水口前的水流流态较好，无环流，无旋涡。

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