多孔弹性膜对调压室涌波的削减作用

发布时间：2025-05-20 04:44

　　 为减少调压室工程量并保证引水系统安全高效运行,提出了调压室内部布置多孔弹性膜方案,以削减调压室涌波幅度并使波动快速衰减。采用"U"型管水柱振荡模型进行物理试验对方案进行了验证,得到了涌波削减效果与多孔弹性膜的开孔面积成反比,与布置层数成正比的规律。通过CFD数值仿真计算对调压室内部的流场特性进行分析,以阐释其消能效果的原理。研究表明,布置多孔弹性膜扰动调压室内部的流场,产生涡带、旋滚和绕流,增大水体波动时的水头损失,使得调压室内水体能量得以耗散,达到快速削减调压室涌波的效果。数值仿真计算结果和物理模型试验具有较好的一致性。对于增加引用流量增效扩容的水电站,设置多孔弹性膜可作为不重建引水发电系统的改造方案。

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 某水电站机组甩负荷时调压室水位及蜗壳进口压力变化过程线

多孔弹性膜在实际工程中，可采用耐久性橡胶材料在工厂预制再运至施工现场安装，可不影响工程施工进度并能保证单体工程质量。在调压室井壁内设置预埋件采用连接弹簧铰接，且与井壁间留有一小型水流通道，便于安装和维护。当有压引水管道发生水锤现象时，压力管道内的水体进入调压室，上升至布置高程不断....

图2 物理模型试验装置

试验装置采用两根长2m、内径为0.15m的有机玻璃管分别作为供水井和试验井，并由一根长2m内径0.05m的管道连通构成一个“U”型水柱振荡装置，见图2。初始时将连通阀和放空阀关闭，分别向供水井和试验井注水，使二者之间形成水位差。突然打开连通阀构造成试验井中的波动，以模拟调压室水位....

图3 不同面积比的开孔情况

安装在试验井中的多孔弹性膜采用弹性较好的硅胶膜，直径10mm的开孔均匀分布在膜上。弹性膜上的开孔面积与调压室和引水隧洞之间连接管断面积之比的无量纲数，称为膜孔面积比Ar。试验测试了Ar分别为0.6、0.8、1.0三种多孔弹性模衰减涌波幅度的效果，对应的开孔数目为15、20、25，....

图4 局部结构的网格划分情况

在建立数值模型的过程中，将系统分为试验井、供水井、连通管三部分，在距试验井40cm的上游处连通管内设置一个球形阀。球阀的数值模拟采用movingmesh滑移网格技术，阀体左右交界面定义为interface，其控制规律由用户自定义函数（UDF）预先写入。见图4，阀体初始与流道完全....

本文编号：4046867