Page 96 - 2022年第53卷第6期

水 利 学 报

2022年6月 SHUILI XUEBAO 第 53卷 第6期

文章编号：0559-9350（2022）06-0722-11

进出水口双向流动结构流速分布与脉动规律研究

高学平 ，朱洪涛 ，刘殷竹 ，孙博闻 ，陈 昊 2
1
1
1
1
（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；
2. 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300022）
摘要：抽水蓄能电站水道系统侧式进出水口因内部分流隔墩等导致流动复杂，其内部双向流动规律尚不清晰。本
文以某实际工程进出水口为基础建立典型进出水口试验装置，利用先进的流速量测仪器进行试验研究。基于粒子
图像测速技术（PIV）量测结果，揭示了侧式进出水口内部双向流动规律，出流工况，中孔扩散段内形成明显的主
流且位于孔口中部，扩散段及调整段顶部形成低流速区，边孔扩散段内主流不明显；进流工况，中孔及边孔调整
段顶部存在低流速区，水流汇入扩散段后流速分布趋于均匀。基于声学多普勒测速技术（ADV）量测结果，揭示了
拦污栅断面脉动流速规律，出流工况，其脉动流速很大，流速脉动值可达到时均值的 1.8 倍，有别于脉动值较小
的一般规律；进流工况，其脉动流速较小，符合脉动值绕时均值上下波动的一般规律。研究成果将为优化进出水
口体型参数和分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。
关键词：进出水口；PIV；ADV；流速场；脉动流速
中图分类号：TV732.1 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210971

1 研究背景

［1］
进出水口是抽水蓄能电站水道系统的重要组成部分，主要分为侧式进出水口与井式进出水口 。
侧式进出水口因内部分流隔墩等导致流动复杂，其内部水流双向流动规律尚不清晰。为探明侧式进出
水口内部双向流动规律，提高抽水蓄能电站的运行效率，本文以侧式进出水口为对象展开试验研究。
目前对于侧式进出水口的研究成果大多围绕具体的实际工程展开，重点集中于水力特性优化 ［2-4］ 、
［2］
库区流态优化 ［5-6］ 、进出水口体型优化算法 ［7-8］ 等方面。蔡付林等 研究了扩散段内 7种分流墩布置方
式对进出水口水力特性的影响程度，指出三隔墩四孔进出水口的中间分流墩宜短于两侧分流墩；任
［3］
晓倩等 对进出水口扩散段导流墩的位置及中、边孔的扩散角进行了优化调整，解决的流量分配不
［4］
［5］
均的问题；徐准等 系统分析了扩散段内隔墩位置的改变对进出水口水力特性的影响；高学平等 研
究了进出水口明渠两侧地形不对称时明渠及进出水口的水流流态，并提出了相应的优化方法；高学
［6］
平等 以潍坊抽水蓄能电站下水库侧式进出水口为例，探寻改善进出水口及围堰附近水流流态的有
效措施；高学平等 ［7-8］ 结合多岛遗传算法、响应面法等遗传算法建立优化体型参数与水力指标的函数
关系，提高了传统体型优化方法的效率。上述成果均围绕具体工程进出水口水力学问题展开，缺少
对进出水口内部双向流动规律全面详细的研究。
物理模型试验是研究侧式进出水口水力特性的主要手段，一般针对某个实际工程进出水口进行
试验，采用旋浆流速仪、电磁流速仪或 ADV 流速仪等量测典型断面的流速分布，以时均值描述流动
［9］
规律，根据试验结果优化进出水口体型。姜成海等 对仙居抽水蓄能电站进行了水工模型试验，量

收稿日期：2021-10-30；网络首发时间：2022-03-10
/
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220309.1334.001.html
基金项目：国家自然科学基金项目（52179077）
作者简介：高学平（1962-），博士，教授，主要从事工程水力学研究。E-mail：xpgao@tju.edu.cn
通讯作者：刘殷竹（1992-），博士，助理研究员，主要从事水力学研究。E-mail：yz_liu@tju.edu.cn
—722 —