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芝瑞抽水蓄能电站侧式进/出水口水力特性研究

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抽水蓄能电站在电力系统中具备削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等多种功能，是现代电力系统有效的、不可或缺的调节工具。进/出水口是抽水蓄能电站输水系统的重要组成部分，其设计水平直接关系到电站的安全和效益。本文以芝瑞抽水蓄能电站为对象，研究侧式进/出水口的水力特性，并对进/出水口体型优化进行研究。 （1）侧式进/出水口数学模型及验证。采用Realizable k-e模型对某下水库侧式进/出水口建立数学模型，并根据物理模型试验结果验证数值模拟的可靠性。 （2）侧式进/出水口水力特性研究。针对芝瑞下水库侧式进/出水口设计体型水头损失系数偏大（1.87~1.95）、出流工况孔口内出现反向流速、孔口间流量分配不均匀（发电工况流量不均匀系数 45.92%）等问题，分别对其进行流态优化和流量分配优化，得到一个各方面均较优的体型（流速不均匀系数 1.52~1.60；发电工况流量不均匀系数16.92%，抽水工况流量不均匀系数8.68%），同时进一步研究该进/出水口体型进流工况是否形成漩涡。 （3）进/出水口明渠段水力特性研究。为全面了解该进/出水口的水力特性，对明渠连接段开展了研究。研究工况包括多台机组同时抽水工况、多台机组同时发电工况，以及多台机组抽水和发电同时运行的组合工况。重点分析明渠内表面流态和是否形成贯穿水深的环流，综合评价进/出水口的水力特性。最不利工况中，环流区最大流速约0.20m/s，不会造成库岸冲刷。 （4）侧式进/出水口体型优化研究。水工建筑物体型优化一般通过物理模型试验或数值模拟对设定体型进行水力特性研究，针对不利的水力指标调整体型再进行研究，直至获得满意的较优体型，这是传统的做法。双向水流条件下的侧式进/出水口体型优化可视为多目标优化问题。本文将加权后的水头损失系数定为目标函数，以孔口断面流速不均匀系数和孔口间流量不均匀系数为约束条件，将多目标优化转化为单目标优化，利用多岛遗传算法进行进/出水口体型优化，可以获得最优体型。此外，参数化建模方法和基于CFD的响应面模型的应用，加快了建模与数值模拟速度，提高了优化效率。

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