恒定水电站非恒定流计算_课程设计指导书

流计算时间:2021-02-25 阅读:()

水电站非恒定流计算课程设计指导书

简新平

河北工程大学水电学院

、八

前言

水电站非恒定流包括动力渠道涌波、调压室水位波动、压力管道水击等过程。这些过程都属于水力非恒定流 是水电站设计中水力计算的难点 也是相应的水电站引水建筑物设计的控制工况。课程设计的目的 是通过锻炼使同学们把握这些水电站非恒定流计算的方法结合计算机的应用锻炼解决比较复杂的计算问题的能力。

本指导书主要讲述动力渠道涌波、调压室水位波动、压力管道水击等过程的计算方法。

希望同学们在课程设计工程中 充分理解这些方法 并在此基础上灵活应用 利用计算机编程或者Excel表格计算。

最后要求同学们不能在课程设计说明书中照抄本指导书中的内容课程设计说明书应该根据自己的计算过程独立编写。

第1章扩散差分求解明渠一维非恒定流

1.1圣维南(S aint-Venant )方程组

1.1.1规范中的计算公式

运动方程

齐 V—g—二g(i。 _i f) *(Vq -V) ( 1)

-t  x  x A

连续方程

(2)

以上为《水电站引水渠道及前池设计规范》

(SL/T205—97)附录公式式中A——横断面积m2

Q――流量m3/sv――平均流速m/ sh水深m

0――渠底纵坡if――摩擦坡度t――时间x――沿渠底度量的距离向下游为正g 重力加速度q――横向进流量入流为正 出流为负 因次为m2/s

Vp――横向进流流速沿下游方向的分量

对于求解的水电站引水渠道中的涌波 属于弱解其差分格式应满足相容性、收敛性、稳定性及幅度耗散性。

计算的初始条件为渠道恒定流时的流速和水深。上游边界条件一般假定上游水位为常数对于自动调节渠道是适宜的对非自动调节渠道(通常设有侧堰)或有调节池布置的情况时宜按实际情况建立其上游边界条件。下游边界条件一般为出流量变化条件此时忽略压力管道中的水弹性现象假定机组过流量的变化就是前池出流量的变化。

1.1.2公式的变化

时 B为水面宽度。对矩形断面A=B*h 二B空二B^。 B为水面宽度也是

. :t ft

矩形断面宽度。事实上对于非棱柱体都有

当q=0时考虑到摩阻坡度 用s代替x表示沿渠底向下游的长度,v (3)

上述方程可简化为:

当地加速度一 即时变加速度是液体在重力的:s分B力gio 、摩擦阻力-g Cv2R)、

水压力差-g—这三个力的合力下产生的总加速减去位变加速度 v'  即迁移加cScS

速度后的加速度值。非恒定流的本质是非恒定流在断面上的加速度随时间变化。恒定流不是没有加速度而是流场内各点的加速度分布不随时间发生变化。

当地加速度为0、迁移加速度也为0时 为恒定均匀流。

从欧拉视角如果停留在某一断面观察则U是某一断面上速度随时间的变化率。 cty—可以这样理解 当时间增加dt时速度的增量为dv=v±dt=v・dt土二ds」  即 s  s  s  sv'为当时间变化时液体沿长度方向移动而不同s位置的速度不同非恒定流或非均S

匀流时水深沿程变化流量和动能沿程变化。均匀流时水深、流量和动能沿程不变化。 