阻抗式调压室水头损失系数研究

� 收稿日期: 2003- 05- 06 � 作者简介: 宋长福( 1978- ) , 男,硕士研究生. 阻抗式调压室水头损失系数研究 宋长福,蔡付林,周建旭 (河海大学水利水电工程学院,江苏 南京 � 210098) 摘 � 要: 根据江苏省宜兴抽水蓄能电站尾水调压室局部模型试验结果, 研究具有连接管的阻抗式调压室的 水力特性,并用查表计算和经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 计算进行验证,主要研究了连接管中水流方向、连接管道直径以及流量比 对调压室水头损失系数的影响.研究表明, 模型试验存在一定的误差, 在含调压室系统的水力过渡过程计算 中,需结合模型试验结果和数值计算结果, 确定阻抗式调压室水头损失系数. 关键词: 调压室; 流量比; 连接管; 水头损失系数; 分流与合流 中图分类号: TV131. 2� � � 文献标识码: A � � � 文章编号: 1004- 4701( 2003) 03- 0129- 04 1 � 前 � 言 在含调压室系统的水力过渡过程计算中, 特 别是抽水蓄能电站, 工况转换频繁,调压底部流态 复杂,可能发生的流态有很多,水流流进、流出阻 抗式调压室时的水头损失系数选用是否合理, 直 接影响结果的可靠性,因此,准确确定调压室的水 头损失系数是得到可靠计算结果所必不可少的。 本文利用江苏省宜兴抽水蓄能电站尾水调压室局 部模型试验结果,并通过数值计算进行比较分析, 研究了连接管中水流方向、连接管直径以及流量 比对具有连接管的阻抗式调压室水头损失系数的 影响。 2 � 模型试验结果 2. 1 � 模型试验 如文献[ 1]所述, 针对任一连接管直径 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 , 分别在抽水和发电工况下,由于流态对称和流道 相同, 同一流量比对应的各断面间的水头损失系 数在数值上相等。因此,本文主要研究流态是发 电或抽水工况下的部分典型流态, 如图 1所示,将 调压室中的流态主要分为两种: 一种是一股水流 分成两股水流,简称为分流;另一种是两股水流汇 合成一股水流,简称为合流。水流流进、流出调压 室的流态可以通过调节试验装置上相应阀门的开 度来模拟,各断面的流量由孔板流量计测量。 图 1 � 调压室流态示意图 模型中各断面的直径分别为 d1 = d4 = 7. 2 m, d 2= 10. 0 m,改变连接管直径 d 3 , 详见表 1所 示,以研究不同的连接管直径对调压室水力特性, 特别是水头损失系数的影响。 表 1 � 不同直径 d3 连接管方案 试验方案 方案一 方案二 方案三 连接管直径( m) 4. 3 6. 0 7. 2 � � 断面 i和断面j 之间的水头损失系数按下式 计算: �ij= H i - H j V 2�( 2g) ( 1) � 第 29卷 � 第 3 期 � 2003 年 9月 � � � � � � � � � � � � � 江西水利科技 JIANGXI � HYDRAULIC � SCIENCE � & � TECHNOLOGY Vol. 29 No. 3 Sep. 2003 � 式中: i , j � 断面的位置,取 1, 2, 3, 4; H i , H j � 分别为测量断面 i- i , j- j 的总水 头,其中流速水头根据所在断面测 得的流量换算, 测压管水头由所在 断面的测孔测量; �ij � 断面 i , j 之间的水头损失系数; V 2�( 2g) � 对应于总流量的流速水头, 分流 时, V2�( 2g)为测量断面 1- 1的 流速水头; 合流时, V2�( 2g)为测 量断面 4- 4的流速水头。 2. 2 � 模型试验成果 对于每一个流量比 xi ,分别测出各测量断面 的测压管水头, 根据式( 1)计算出相应的水头损失 系数 �i , 得到一个试验点( xi , �i ) ,则水头损失系 数可表示成流量比的函数,根据试验点的分布规 律,用二次曲线方程: �( x ) = �0+ �1x+ �2x 2 ( 2) 进行拟合, 其中系数 �0、�1、�2通过最小二乘 原理确定, 从而得到水头损失系数关于流量比的 二次多项式拟合公式。对应不同的模型试验方案 和不同的流态, 模型试验所得水头损失系数关于 流量比的拟合公式, 详见文献[ 1]。 3 � 数值计算结果 3. 1 � 直接查表计算 调压室与引水道连接部位的结构类似于T 形 分岔管,故可以直接从相关的设计手册 [ 2] 中查到 焊接三通管在不同流量比下的断面 1- 1和断面 3- 3之间、断面 3- 3和断面 4- 4之间的水头损 失系数,为了便于与模型试验结果比较,水头损失 系数定义中必须采用同一流速水头基准值: ( 1)分流时( Q 1= Q 3+ Q4 ) �13 = H 1 - H 3 V 3 2�( 2g) ( 3) 式中 V3 化到和水头损失系数拟合公式 �12= H 1- H 2 V 2 1 ( 2g) 的流速 V1在同一基准上, 即: V3= A 1 A 3 !Q2 Q1 ∀!V 1 ( 4) ( 2)合流时( Q 4= Q 1+ Q3 ) �34= H 3- H 4 V 2 3�( 2g) ( 5) 式中 V3 化到和水头损失系数拟合公式�24= H 2- H 4 V4 2�( 2g )的流速 V4 在同一基准上,即: V3= A 4 A 3 ! 1 1+ 1 Q2�Q 1 ∀ !V 4 ( 6) 圆管突然扩大、圆管突然缩小的局部水头损 失系数,可从相关设计手册[ 3]中查到断面 2- 2和 断面 3- 3之间、断面 3- 3和断面 2- 2之间的水 头损失系数公式,亦采用同一流速水头基准值: ( 1)圆管突然扩大的局部水头损失 H 3- H 2= A 2 A 3 - 1∀2!V 2 2 2g = �32 V2 2 2g ( 7) 式中 V2 化到和水头损失系数拟合公式�12= H 1- H 2 V 2 1�( 2g )的流速 V1在同一基准上, 即: V2= A 1 A 2 !Q2 Q1 ∀!V 1 ( 8) ( 2)圆管突然缩小的局部水头损失 H 2- H 3= 0. 5 1- A 3 A 2 ∀V 2 3 2g = �23 V 2 3 2g ( 9) 式中 V3 化到和水头损失系数拟合公式�24= H 2- H 4 V 2 4�( 2g )的流速 V4在同一基准上, 即: V3= Q 2 A 3 = A 4A 3! 11+ 1 Q 2�Q 1 ∀!V4 ( 10) 式中: V1 , V 2 , V3 , V4 � 分别为断面 1- 1, 2 - 2, 3- 3, 4- 4的平均流速; A 1 , A 2 , A 3 , A 4 � 分别为断面 1 - 1, 2 - 2, 3- 3, 4- 4的断面面积。 3. 2 � 根据经验公式计算 由于调压室与引水道连接部位的结构类似于 T 形分岔管, 故可直接根据设计手册[ 2] 中分岔管 中水头损失系数的经验公式, 计算断面 1- 1和断 面3- 3之间、断面 3- 3和断面 4- 4之间的水头 损失系数。 3. 3 � 成果分析 3. 3. 1 � 流量比与水头损失系数的关系 分析图 2、图 3可以看出,当机组增减负荷尾 水调压室中水位产生波动时, 数值计算得到的水 130 江西水利科技 2003 年 9月 头损失系数与模型试验结果存在一定的偏差。随 着流量比的增加,水头损系数增大,数值计算得到 的水头损失系数与模型试验结果的偏差增大。因 此,水流流进、流出调压室时, 对应不同的流量比 调压室水头损失系数是变化的, 而在水力过渡过 程计算中通常采用某一常数, 故存在一定的误差。 图2、图3中实线为模型试验结果;细虚线为查表 计算结果;粗虚线为经验公式计算结果。 图 2 � �12~ Q2�Q 1 的关系曲线 图 3 � �24~ Q2�Q 1 的关系曲线 3. 3. 2 � 连接管直径与水头损失系数的关系 对于不同的连接管直径, 数值计算出的水头 损系数与模型试验结果均存在一定的偏差,尤其 是水流流出调压室时, 这种偏差更大。随着连接 管直径的增大,水头损失系数减小。由经验公式 计算得到的水头损失系数与模型试验结果的偏差 明显要比直接查表计算与模型试验结果的偏差 大。 3. 3. 3 � 水流方向对水头损失系数的影响 从图 2和图 3中的曲线趋向可以看出, 水流 流进、流出调压室时,水流流进调压室时数值计算 出的水头损失系数与模型试验结果的偏差明显要 比水流流出调压室时的偏差小。这是由于调压室 的水头损失主要由局部损失构成, 而局部水头损 失系数取决于流道的突变率, 水流由连接管流进 调压室后流道立即扩大为整个调压室横断面; 而 水流从调压室流进连接管流出时, 其流道只在尾 水洞轴线方向有较大突变,在垂直于尾水洞轴线 方向上只扩大为尾水洞的宽度,流道扩散小。 对于不同的流量比、连接管直径,阻抗式调压 室水头损失系数的模型试验结果、查表计算结果 和经验公式计算结果之间存在规律性的偏差, 主 要原因是由于模型试验的测量误差, 以及计算水 头损失系数时, 各计算断面的流速水头系数并不 严格地等于 1。故在水边过渡过程计算中, 需结 合模型试验结果和数值计算结果来具体确定阻抗 式调压室水头损失系数。 4 � 结 � 论 (1)由于模型试验的测量误差和计算断面流 速水头系数的选择等原因,阻抗式调压室水头损 失系数的模型试验结果、查表计算结果和经验公 式计算结果之间存在规律性的偏差, 偏差的大小 还与流量比、连接管的直径等因素有关。 ( 2)阻抗式调压室水头损失系数并不是常数, 随着流量比、连接管直径和水流方向的变化而呈 现较有规律的变化。因此,在含调压室系统的水 力过渡过程计算中, 需结合模型试验结果和数值 计算结果, 来分析确定阻抗式调压室水头损失系 数的变化规律。 ( 3)本文的计算分析均是以调压室上、下游的 连接管道对称为前提的。因此,对于调压室上、下 游的连接管道不对称的情况, 由于尚无可靠的经 验数据,应以模型试验的成果为依据。 参考文献: [1] � 蔡付林,等.有长连接管的阻抗式调压室阻抗系数研究 [ J] . 水电能源科学, 2001, 19( 4) : 40~ 42. [2] � 华东水利学院.水工手册(第一卷) [ M] .北京:水利电力出版 社, 1983. 373~ 395. [3] � 李 � 炜,徐孝平.水利学[M ] .武汉:武汉水利电力大学出版 社, 2000. 156~ 168. 131第 29卷 � 第3 期 � � 宋长福等 � 阻抗式调压室水头损失系数研究 ABOUT THE WATER HEAD LOSS COEFFICIENTS OF THROTTLED SURGE TANKS SONG Chang�fu, CAI Fu�lin, ZHOU Jian�xu ( College of Water Conservancy and Hydropower Engineering of Hohai University,Nanjing � 210098, China) Abostract : Based on the results of the tailrace surge tank# s experimental data of Yi Xing pumped�stor� age station in Jiansu province, an analysis on the hydraulic characterist ics of the throttled surge tanks with the linking pipe is carried out in this paper .According to the results of these tables and experiential ex� pressions, the influence of the diamter of linking pipe , the flow form and the discharge rat io on the water head ratio is studied.The results shows the experimental data has the definite error. In the transient calcu� lation with surge tank, the water head loss coefficients should be confirmed by the results of experimental data and numerical calculations. Key words : Surge tank; Discharge rat io; Linking pipe; Water head loss coefficients; Dividing and combining flow 编辑: 许 � 瑛 (上接第 128页) THE STUDY ON MECHANISM OF BRUSHING THE BANK�BASE AND THE COUNTERMEASURE ON THE SOLID BANK�PROTECTION WORK OF THE JIUJIANG SECTION OF CHANGJIANG GREAT DYKE SHAO Ren� jian, HU Shong�tao , XIONG Huan�huai ,WANG Nan�hai ( Jiangxi Provinclial Water Conservancy Science and Research Institute,Nanchang � 330029, China) Abstract : This paper stated the previous achievement of the solid bankpotect ion and strengthening the bank�base and make a prototype observation and analysis. It also conduct the generalized model experi� ment on the solid bank�protection technology and study the mechanism of brushing the bank�base. At last , it put forword the principle suggestion for the design of the bank�protection and bank�base strengthening. It also recommanded the better method of the bank�protection and bank�base strengthehing. Key words : Bank�protect ion; Bank�base strengthening; Brush the bank�base; Study and experiment 编辑: 许 � 瑛 132 江西水利科技 2003 年 9月