水电站非恒定流数值计算及程序设计(简新平,张红光,董卫著)PPT模板

合集下载

第11章_明渠非恒定流

Q vwA vwB
其中， B ( B1 B2 ) / 2
22
二、动量方程
A1 P1
v1－vw A2 v2－vw P2
l
A2 (v2 vw )[(v2 vw ) (v1 vw )] F P P2 1
A2 (v2 vw )(v2 v1 ) F P P2 (11.50) 1
不可压缩流体，ρ
=const
Q=vA
(10.20)
A Q 0 t s
(11.3)
(3) Q / s 0
A / t 0 Q 沿程不变，恒定流
10
11.2 明渠非恒定渐变流的基本方程式
一、连续性方程
( A) ( vA ) 0 t s
不可压缩流体，ρ
=const
Q=vA
(10.20)
A Q 0 t s
(11.3)
A ( Av ) 0 t s
式(11-4)是明渠非 A v A A v 0 (11.4) 恒定流连续性方程 t s s 的另一种表达式
矩形断面明明渠，A=bh
h v h h v 0 t s s
(2) Q / s 0
上 a b t2 ds t1
A / t 0 Z 随 t 下降，落水波
下
a b 下
上
这说明如果流进的流量少，流出的流量多，微分区间内水位将随时间而下降，明渠中会产生落水波。
9
11.2 明渠非恒定渐变流的基本方程式
一、连续性方程
( A) ( vA ) 0 t s
11.1 明渠非恒定流的特性及波的分类
一、特性
1、水力要素如u、Q、A、Z或h等都是时间t和位置s的函数，它是非恒定的非均匀流动。

水力学专题明渠非恒定流

z z z z zw zw udz vdz u w v w w u b v b w 0 z z x b y b y y x z z w x z zb
结合边界条件：
z w (hu ) (hv ) 0 t x y
三、水波的分类明渠非恒定流是一种具有自由水面的波动（一）按主要作用力分重力波（gravitational wave）：主要恢复力为重力――洪水波表面张力波（capillary wave）：风波成长初期的涟波压力波（compression wave）：（少见――水下爆破引起等）（二）按质点运动方式分振动波：波运动时，其水质点沿封闭的轨迹运动――海洋波浪运行波：波运动时，水质点不断行进――洪水波
u
z zw
u
v
w
z zw udz u w z x b x
dw
zb x

z zb
z zw vdz v w z y b y
v
z zw
zb y
z zb

zw
zb
w dz 0 z
w w w dx dy dz x y z
这里，我们只给出了两个方向的动量方程，z 方向的动量方程省去了。事实上，由于垂向上的加速度和重力加速度相比可以忽略，垂向的速度 w 很小，所以
w 亦可以忽略。因此，垂向上的重力加速度和压力梯度平衡：
p g z
直接积分得： p g ( z w z )
一般地，河道中的水流均为紊流，所以要研究河流中的平均运动，就要用雷诺时均方程，雷诺时均方程和 NS 方程相比，只是增加了紊动切应力项。由于脉动流速在各方向上具有相同的数量级，所以雷诺应力在各方向上也具有相同的数量级。但只是他们的梯度出现在方程中，而雷诺应力在垂向变化的距离比纵向和横向上的小得多，故垂向上的梯度变化是最重要的。鉴于此，描述自由表面流动的雷诺方程可简化为：

2024版08633_水力学教程(第五版)全套教学课件pptx

计算浮力时，需要先确定物体在液体中的浸没深度和排开液体的体积，然后根据阿基米德原理计算浮力大小。
11
潜水和承压水特性分析
潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上具有自由水面的重力水。
潜水通过包气带与大气圈及地表各圈层发生联系，因此具有季节性变化的特点。
承压水的稳定水位高于地形高程，地表地形高程各处不一致时，承压水位的高程则不受地形影响。
17
04
管道中水流运动规律探讨
2024/1/26
18
长管中水流运动特性分析
水流运动状态
层流与紊流，雷诺数与临ຫໍສະໝຸດ 雷诺数。沿程损失达西公式，沿程阻力系数与雷诺数、管壁粗糙度的关系。
2024/1/26
局部损失
弯头、三通、阀门等局部构件对水流运动的影响，局部阻力系数的确定。
19
短管中水流运动特性分析
水力学教程(第五版)全套教学课件pptx
2024/1/26
1
目录
2024/1/26
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管道中水流运动规律探讨 • 明渠恒定均匀流计算方法讲解 • 渗流现象及其规律揭示
2
01
水力学基本概念与原理
2024/1/26
3
水力学定义及研究对象
VS
非恒定流
流场中各空间点上流体质点的物理量随时间变化。
2024/1/26
16
一维流动和二维流动特点比较
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其他两个坐标方向上的流动参数保持不变。
二维流动
流动参数仅沿两个坐标方向变化，另一个坐标方向上的流动参数保持不变。
2024/1/26

水力学基础课件：7第七章明渠非恒定流

Q
Yangzhou Univ
《水力学》第七章明渠恒定流 §2 明渠非恒定流的特性
2 明渠非恒定流的特性
特性之三：明渠非恒定流中各断面的水位与流量形成绳套形关系曲线
z z最大
Q z Q最大
z最大
O
Yangzhou Univ
Q最大 Q
O
t1 t1+△t t
《水力学》第七章明渠恒定流 §3 明渠非恒定渐变流的圣维南方程组
运动要素随时间缓慢地改变
近似为恒定流
瞬时流线可近似为平行直线
近似为均匀流
Yangzhou Univ
《水力学》第七章明渠恒定流 §2 明渠非恒定流的特性
2 明渠非恒定流的特性
特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象
棱柱体明渠中的洪水波运动分析
C
V
2. 波前到达，断面涨水；波后到达，断面退水；波峰通过，则断面上出现最大流量值
J波前 J均匀流 J波后
Yangzhou Univ
《水力学》第七章明渠恒定流 §2 明渠非恒定流的特性
2 明渠非恒定流的特性
特性之二：明渠非恒定流也是一种波动现象
棱柱体明渠中的洪水波运动分析
3. 洪水波在运动过程中会不断地坦化或衰减
C
V
沿程各断面实测流量（水位）过程线上的最大值沿程减小
3 明渠非恒定流的圣维南方程组
Q Q(t, L) z z(t, L)
V V (t, L)
或
h h(t, L)
方程组包括:
反映质量守恒的连续性方程式反映能量守恒与转换定律的运动方程式
Yangzhou Univ
《水力学》第七章明渠恒定流 §3 明渠非恒定渐变流的圣维南方程组

【水利课件】第14章明渠非恒定流

水损耗的能量，而水流的动能维持不变。
由数字高程模型提取的沿渡河流域水系图
?i7,嬤;雞嶂嬇<槣郬杽 gZ]_
摞?<跌u孄??餽p嬑 Jk萘秣?k贤
wb#u 媜 7w兀?) {鱱H
秒?Y? 麐z 蟏?=??傉哙
`?w{[+鶋| 渹{?饓s 詐
?\瘙= 氙 ;鹵?Y%惢_?&嬟嬸
hhVVh0 t s s
明渠非恒定渐变流的能量方程式（运动方程式）
z1VVVhf
s g t g s s
沿单流位程重的量变液化体率的
势能
（惯作性用力于沿单流位程重所量作液的体功上
）
（
惯作性用力于沿单流位程重所量作液的体功上
）
克单服位磨重擦量阻液力体所沿作单的位功流
侢 } ?S? V鄟?佹饟
j
o€h?V• 孁???3黷#嬘
胳幥 I€鳻聋茓 P$ ?荱嬞{稠
- J纉焗豒ホm?u馫VI)H纞
潈; ?揿塋!
?屗塗$9
?匡?(別 ?[鲩Z0 l~@ 慶琶 5艭
危??內? g??a? J ?χ??$ゥ孅?0lH `
?' R?;N?囏a杸) G????t$撈0??c+ 僿??v胐顑o 2 ??? ??
刻' N稍嶀?寃??泲? ?a碍鹄YZF猏虓[贋用` 拷T,V3B励 =桽\= •?ST傄u烶輤腙€鲳0_儖?絅=
程
z1VVVhf s g t g s s
或
z1VVVQ2 0 s g t g s K2
或
h 1V VV
V2
s g t
g s
iC2R

电站长尾水渠非恒定流数值计算分析及通航条件研究的开题报告

电站长尾水渠非恒定流数值计算分析及通航条件研究的开题报告一、项目背景随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，能源需求不断增长，同时环保意识也越来越强。

水电站作为一种清洁、可再生的能源，得到了广泛的关注和投资。

然而，由于水力发电工程具有复杂性、高度耐久性和高安全性等特点，其建设、维护及运营都面临着巨大的挑战。

因此，对水力发电工程的研究和开发是极其必要的。

其中，水电站长尾水渠是水电站电源和出力的重要组成部分，其正常运行对水电站的发电效率有着重要的影响。

本项目将从数值模拟和通航条件两个方面对电站长尾水渠进行研究，以提高水电站的运行效率和保障河流生态保护。

二、研究内容和方法本项目主要研究内容包括：1. 电站长尾水渠非恒定流数值计算分析本研究将运用CFD软件对电站长尾水渠的非恒定流进行数值计算分析，重点研究水渠中的流动特性和水位变化规律，探究水渠中的水压波、水面形态变化和水位波动的影响因素及机理，为水电站的运行管理提供理论依据。

2. 通航条件研究本研究将分析电站长尾水渠的水运特点，并以通航条件为切入点，研究长尾水渠对船舶行驶的影响，包括水流速度、水位变化等。

进一步探索长尾水渠的通航条件及其对水电站运行的影响，以提高水电站的运行效率。

本项目的研究方法主要包括数值计算分析和实地调查两种方式。

通过数值计算分析对电站长尾水渠的非恒定流进行模拟，搭建长尾水渠数值模型，并通过实地调查和数据采集等方式获取数据，进一步验证数值结果，探究水渠的流动特性和水位变化规律，以及通航条件的改进方式。

三、预期成果1. 获得电站长尾水渠的流动特性和水位变化规律，包括水压波、水面形态变化和水位波动等数据。

2. 研究长尾水渠对船舶行驶的影响，包括水流速度、水位变化等，为长尾水渠通航条件的改进提供理论依据。

3. 提出针对长尾水渠通航条件的改进措施，包括水流速度、水位调节等，以提高水电站运行效率和保障河流生态保护。

四、研究意义和应用价值本研究将深入探究电站长尾水渠的流动特性和水位变化规律，为水电站的运行管理提供理论依据；同时探究长尾水渠的通航条件及其对水电站运行的影响，以提高水电站的运行效率，推动水电站发展，保障河流生态保护，具有重要的现实意义和应用价值。

第九节水电站有压引水系统非恒定流电算法简介

第九节水电站有压引水系统非恒定流电算法简介水电站有压引水系统的非恒定流计算包括水锤计算和调压室涌波计算。

这两种计算各有特点而又相互联系。

在负荷变化时，机组的转速变化与水锤和调压室涌波也有联系。

把这三种过渡过程联系起来研究的理论虽然早已基本具备，但由于计算过于繁琐，在电子计算机应用于工程实际之前，很少有把它们联系求解的实例，一般都是用孤立的、简化的方法计算。

即使对于分岔管的水锤，为了避免繁琐的计算，也往往采用很粗略的简化方法。

电子计算机的应用给较精确、合理地计算上述问题开避了新途径，现简要介绍如下。

一、简单管水锤计算简单管水锤计算一般不必利用电子计算机。

但如欲在计算中考虑水头损失或机组特性的影响，用电子计算机能较好地处理这类问题，用一般的方法则难以解决。

对于图14-12的简单管，若水锤波通过管段AP和PB的时间均为，则求解A、P、B三点压强和流量的方程为A点：式中h=H/Ho=1+ζ；q=Q/Qo=v；α=/Ho，扩为对应于Qo的AP段水管的水头损失。

式(a)可写成式中，。

将式(b)代人式（c），并令S=一A，得解式(d)，舍去增根，得故式(a)、式(b)可写成P点：式（e）和式(f)可写成解式(g)和式(h)，得B点：上式可写成根据式（14-76）、式（14-77）和式（14-78）所列的顺序，不难编出简单的程序迭代地求出A, P, B 三点压强和流量的变化过程，计算可以从t=2,开始，到所要求的时刻为止。

根据开度变化曲线确定。

二、分岔管的水锤计算图14-25 分岔管示意图对于图14-25所示的分岔管，若P点有n个分支，水锤波通过各分支的时间均为,通过主管PB的时间为m,,参照式(14-76)，水轮机端，，……、An点的水锤压强和流量可用以下式组求出式中i=1，2,…，n,故以上式组共n个。

P点的压强和流量有n＋2个未知量，用下列n十2个方程求解特征方程即式中，，i=1，2,……，n,故上式有n个。

第三章水流运动的基本原理 PPT

第一节描述水流运动的两种方法
（四）一元流、二元流、三元流
一元流动：只与一个空间自变量有关。二元流动：与两个空间自变量有关。三元流动：与三个空间自变量有关。
• 注意：任何实际流动从本质上讲都是在三维空间内发生
的，二元和一元流动是在一些特定情况下对实际流动的简化和抽象，以便分析处理。
第三章水流运动的基本原理
第三章水流运动的基本原理
第四节能量方程的应用条件及应用举例
一、能量方程的应用条件及注意事项
应用条件
➢ 必须是恒定流，液体不可压缩 ➢ 计算断面本身应满足均匀流或渐变流的条件 ➢ 质量力只有重力，无惯性力 ➢ 两断面间没有流量的汇入或分出
第三章水流运动的基本原理
第四节能量方程的应用条件及应用举例
• 连续性方程 —— 质
量守恒定律对液体运
动的一个基本约束
Qm
A1
Qm A2
• 几个假定：恒定条件下，
➢ 总流管的形状、位置不随时间变化。 ➢ 液体一般可视为不可压缩的连续介质，其密度为常数。 ➢ 没有流体穿过总流管侧壁流入或流出，流体只能通过两个过流断面进出控制体。
第三章水流运动的基本原理
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
第三章水流运动的基本原理
第一节描述水流运动的两种方法
二、流管、微小流束、总流、过水断面
➢在流场中，取
流管流线
一条不与流线重合的封闭曲线L， L
在同一时刻过 L
上每一点作流线，
由这些流线围成的管状曲面称为
• 与流线一样，
流管是瞬时概念。
本章重点
描述液体运动的两种方法，液体运动的基本概念；恒定总流的连续性方程及其应用；恒定总流的能量方程及其应用；恒定总流的动量方程及其应用。

水电站的水锤与调节保证计算课件

二、水锤波的传播速度水锤波速与管壁材料、厚度、管径、管道的支承方式以及水的弹性模量等有关
❖ Ew为水的弹性模量，取2000MPa。 ❖ E——管壁材料的纵向弹性模量。 ❖ D——管道内径；δ——管壁厚度。
❖
为声波在水中的传播速度，随水温度和压
力的升高而加大，一般可取为1435m/s。
❖ 在缺乏资料的情况下，近似取值为：
❖ 一部分以反射波的形式折回，一部分以透射波的形式继续向前传播。
❖ 反射波与入射波的比值称反射系数，以r表示。透射波与入射波的比值称透射系数，以s表示，两者的关系为： s – r = 1
1.水锤波在管道进口处(水库、前池)的反射规律设B处入射波F，反射波为f 由基本方程得： HtB - H0B=F + f HtB = H0B=H0 → F+f = 0→F= - f
❖ 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
❖ 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
❖ 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
第二节水锤现象及特性
一、水锤现象
❖ 0~L/c: 升压波，由阀门向水库传播，水库为异号等值反射。
❖ L/c~2L/c: 降压波，由水库向阀门传播，阀门为同号等值反射。
3、水锤波在管径变化处的反射
❖ 根据水锤波的基本方程，推导出管径变化处的反射系数为：
4、水锤波在分岔处的反射
根据水锤波的基本方程，可以推导出水锤波在分岔处的反射系数为：
四、开度依直线变化的水锤
1、有效关闭时间 ❖ 总关闭时间为Tz。 ❖ 将阀门关闭过程的直线段适
当延长，作为有效关闭时间 Ts。 ❖ 缺乏资料时，可取Ts=0.7Tz ❖ 在开度依直线规律变化时，不必用连锁方程求出各相末水锤，可用简化方法直接求出。

水电站非恒定流计算-课程设计指导书

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（Saint-Venant）方程组1. 1. 1 规范中的计算公式运动方程：（1）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 ——Q ——v ——h ——水深，m——渠底纵坡——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 公式的变化此时，B为水面宽度B为水面宽度，也是矩形断B为水面宽度。

，用s代替x表示沿渠底向下游的长度，上述方程可简化为：（3）（4）对于（3）式，结合上图理解如下：当地加速度即时变加速度)是液体在重力的分力、摩擦阻力、水压力差这三个力的合力下产生的总加速减去位变加速度即迁移加速度)后的加速度值。