Page 94 - 2025年第56卷第6期

３ 研究方法

３．１ 基本控制方程与紊流模型 本文求解时均化的连续性方程和雷诺方程。由于方程组中存在雷诺应
力项，需要封闭进而求解，因此引入雷诺应力模型（ ＲｅｙｎｏｌｄｓＳｔｒｅｓｓＭｏｄｅｌ，ＲＳＭ）。ＲＳＭ考虑了各向异
性效应，针对雷诺应力的所有分量构造输运方程，较为严格地考虑流线曲率及表面张力的快速变化，
对复杂流动的计算具有较高的精度 ［１３］ ，能较好地模拟接复杂布置形式隧洞进?出水口内部水流流动。
有关方程详见文献［ １４］。采用有限体积法求解控制方程，空间离散采用二阶迎风格式，压力与速度耦
合求解采用 ＳＩＭＰＬＥ算法。
３．２ 边界条件与网格划分 以上述抽水蓄能电站进 ?出水口为背景建立三维数学 模 型。 计 算 区 域 如
图 ２所示，计算区域包括 库 区、 明 渠、 进 ?出 水 口 及 复 杂 布 置 形 式 隧 洞。 在 上 述 进 ?出 水 口 基 础
上，库区横向宽度 ４Ｂ（Ｂ为 进 ?出 水 口 宽 度 ）、 纵 向 长 度 ３Ｃ（Ｃ为 明 渠 长 度 ）， 库 区 边 界 依 据 水 库
水位给出；复杂布置形式隧洞下弯段前 ２０Ｄ的隧洞 断 面 为 隧 洞 边 界， 依 据 流 量 按 平 均 流 速 给 出。
固壁边界采用无 滑 移 条 件， 水 库 表 面 为 自 由 表 面。 计 算 工 况 条 件， 孔 口 中 心 淹 没 深 度 １０．７ｍ，
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出流工况流量 １２６．２ｍ ?ｓ。
由于进?出水口体型较为规则，所以采用六面 表 １ 网格无关性检验
体结构化网格进行划分，复杂转弯隧洞采用 Ｏ型 网格 网格数量（万） 流速不均匀系数 相对小网格误差?％
网格，对边界层、分流墩墩头和复杂转弯隧洞部 粗网格 ８５０ １．８６４ １２．１６
分的网格进行局部加密。为检验网格尺寸对计算
中网格 １５２０ ２．０９３ １．３７
结果的影响，本文共设置 ３种网格尺寸，分别为
细网格 ２２１０ ２．１２２
细网格、中网格和粗网格。对比三种网格划分条
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件下 ２孔拦污栅断面流速不均匀系数，发现中网格和细网格的计算结果相近，相对小网格误差为 １．３７％，
见表 １。为同时保证计算精度和计算效率，本文采用中网格进行数值模拟。

图 ２ 计算区域与网格

４ 接复杂布置形式隧洞进?出水口水力特性分析

４．１ 进?出水口拦污栅断面流速分析 为全面反映拦污栅断面的流速分布，每个进?出水口的每个孔口
拦污栅断面均布置左、中、右三条垂向测线。各孔口的测线标号详见图 ３，沿出流方向，１ － １断面为
孔道起始断面，３ － ３为扩散段中间断面，５ － ５为拦污栅断面。为了研究成果具有普适性，距底板的距
ｖ进行无量纲
离按无量纲相对高度给出，即距底板距离 ｙ与孔口高度 Ｈ的比值；流速以孔口平均流速 珋
ｖ，得到无量纲的流速
处理，即流速 ｖ除以 珋 ［１５］ 。
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