水力-机械过渡过程计算分析总结

大波动过渡过程计算分析总结水电站输水系统和机组过渡过程的计算分析具有重要的意义，该计算分析对于机组参数GD2的选择、导叶关闭规律的确定、调压室参数的选择和管道线路的布置等方面都有重要的指导作用。

水电站过渡过程计算分析由大波动过渡过程计算分析和小波动过渡过程计算分析两部分组成。以下对大波动过渡过程计算分析进行总结说明。

大波动过渡过程计算分析主要包含以下几个部分：①该类系统数学计算模型的建立和求解；②仿真计算程序的编制；③具体输水系统有关原始数据的准备（包含实际系统概化问题）；④各种大波动控制工况的计算分析；⑤《水力过渡过程计算分析报告》的撰写。一．数学计算模型的建立

水电站输水系统数学模型由输水道数学模型和边界数学模型两部分构成。

1．输水道数学模型

目前，输水道数学模型是根据一元总流流体的运动方程和连续方程，建立有压管道水力瞬变的弹性水锤基本方程组，然后利用特征线法对方程组进行简化、求解（这里暂不讨论无压输水道）；

由于在建立和求解模型的过程中，存在一些简化和假定条件，因此存在以下几个值得研究的问题：

①现模型采用一元流假定，该假定在某些情况下不适用，应该改

用“二元流”或“三元流”原理构造数模。

②该模型要求“同一段管道为单特性管”，因此须对非单特性管进行合理概化。

③该模型中管道阻力系数采用的是阀门关闭前稳态流动的值，实际应该采用动态的阻力系数。

④计算时间步长和波速调整的优化。

⑤含气水锤模型的建立。

2．边界数学模型

不同边界具有不同的数学模型，目前基本边界的数学模型已较成熟，满足仿真计算精度要求。

3．数模的求解方法

有压输水道数学模型采用特征线法求解；简单边界数学模型（如一元非线性代数方程）采用改进的不动点迭代法求解；复杂边界数学模型（如二元非线性代数方程组）采用牛顿-莱甫生法求解。二．仿真计算程序的编制

利用FORTRAN语言将已建立的数学模型和所选的求解方法编制成仿真计算程序。同时，须注意以下几个问题：

①水轮机特性曲线的变换（目前采用改进的Suter法）。

②水轮机特性曲线数据的插值方法。

③计算过程中小开度工况的处理（目前采用数学模型处理）。

④管网系统初始恒定流参数的确定。

三．原始数据的准备

在进行具体系统的计算时，需要输入有关原始数据，这和程序是相协调的，数据的准备处理存在以下几个问题：

①机组特性曲线的处理（数据的提取和提炼）。

②实际系统概化问题。

四．大波动计算分析

在进行大波动计算时，主要需要解决以下几个问题：

①机组导叶关闭规律的优化计算。

②机组GD2值的优化计算。

③调压室有关参数的优化计算（如气室常数C T0、孔口面积、截面面积）。

④特殊输水系统的计算分析。

五．新问题的探索

①尾水管为明渠的联合计算。

②明满交替流计算（不采用简化当量管）。

③含气水锤的数学模型建立及仿真计算。