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水 利 学 报

２０２４年 ３月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ３期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０３ － ０３０１ － １２

侧式进?出水口顶板扩张角对拦污栅断面

流速分布影响规律研究

高学平，曾庆康，朱洪涛，刘殷竹

（天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 ３０００７２）

摘要：抽水蓄能电站侧式进?出水口双向过流，其顶 板 扩 张 角 的 大 小 将 直 接 影 响 拦 污 栅 断 面 流 速 分 布 是 否 均 匀，
甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将 ３°～５°作为侧式进?出水口顶板扩张角的推荐范围，其依据是矩形
渐扩管阻力系数最小的扩张角度，但侧式进?出水口体型较之复杂很多，因此有必要进一步探讨。本文以某侧式
进?出水口体型为研究对象，采用数值模拟方法，研究了 １１种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断
面流速分布的影响。结果表明：在出流工况下，随着顶板扩张角的增大，中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐
渐向底部降低，断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称，当顶板扩张角较大时中孔拦污栅
断面上部出现反向流速；随着顶板扩张角的增大，边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的
不均匀分布；随着顶板扩张角的增大，中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大，但中孔拦污栅断面流速分布受
顶板扩张角影响更大。在进流工况下，随着顶板扩张角的增大，中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀
系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进?出水口设计提供指导。
关键词：抽水蓄能电站；侧式进?出水口；顶板扩张角；拦污栅断面流速；数值模拟
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ７３２．１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０５９８

１ 研究背景

抽水蓄能是当前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的绿色低碳清洁灵活调节电源和
水储能方式 ［１ － ３］ 。加快发展抽水蓄能，是实现我国碳达峰、碳中和目标的重要保障 ［４ － ５］ 。进?出水口作
为抽水蓄能电站水道系统的重要组成部分，连接隧洞和库区，具有双向过流的特点 ［６］ 。出流是指水流
自隧洞经进?出水口扩散流出至水库；进流是指水流自水库收缩流进进?出水口至隧洞。进?出水口布置
型式包括侧式和竖井式，其中侧式进?出水口在实际工程中应用更为广泛 ［７］ 。侧式进?出水口的核心是
扩散段，垂向采用顶板单侧扩张式，扩张侧顶板与水平面之间的夹角称为顶板扩张角。顶板扩张角作
为侧式进?出水口的体型参数之 一，对 进?出 水口内部 流速 分布 有 着 重要 影响。抽 水蓄 能电 站 设计规
范 ［８］ 将 ３°～５°作为侧式进?出水口顶板扩张角的推荐范围。一旦顶板扩张角设计不当，出流时，容易导
致进?出水口拦污栅断面流速分布 不均 匀，甚至出现 反向 流速，流 速正 负变 化易 引起 拦污 栅 振动破
坏 ［９］ 。因此，研究侧式进?出水口顶板扩张角的角度对拦污栅断面流速分布的影响规律，对优化侧式
进?出水口设计具有重要意义。
根据抽水蓄能电站设计规范 ［８］ ，对于侧式进?出水口，在水力学特性方面，主要关注拦污栅断面
流速分布是否出现反向流速、孔口流速不均匀系数、各孔口流量不均匀程度、水头损失和库区流态等

收稿日期：２０２３ － ０９ － ２５；网络出版日期：２０２４ － ０１ － ２４
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０１２３．１１０２．００４．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，主要从事水力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｘｐｇａｏ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：朱洪涛（１９９５ － ），博士，主要从事水力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｔｚｈｕｓｌｘ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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