复杂几何断面输水隧洞明满交替流水动力模拟

1

作者 崔巍 丁志楠 +5 位作者 胡宏昌 李晓晨 穆祥鹏 陈文学 牛子厚 雷毓灵 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2026年第1期11-19,共9页

为解决在无压隧洞输水系统中因水流调控不当引发明满交替流,进而影响工程运行安全的问题,精确模拟复杂几何断面下的明满交替流现象,基于Godunov格式有限体积法、耦合Preissmann窄缝法,建立水力瞬变数学模型。采用HLLC近似Riemann求解器... 为解决在无压隧洞输水系统中因水流调控不当引发明满交替流,进而影响工程运行安全的问题,精确模拟复杂几何断面下的明满交替流现象,基于Godunov格式有限体积法、耦合Preissmann窄缝法,建立水力瞬变数学模型。采用HLLC近似Riemann求解器计算通量,以过水断面面积为重构变量,并将地形信息嵌入重构过程;结合虚拟边界法与特征线法处理闸门启闭边界。结果表明:模型精度高、计算稳定性好,可准确捕捉明满交替流动态过程,有效模拟复杂断面隧洞水力瞬变现象。工程案例仿真分析揭示:隧洞末端闸门关闭速率决定明满交替流态转换的发生;上游闸门快速关闭及退水操作可抑制压力水头波动。研究成果为明满交替流机理研究及输水系统安全运行策略制定提供了理论依据。 展开更多

关键词 复杂几何断面 长距离输水隧洞 有限体积法 Preissmann窄缝法 明满交替流

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下游河道水位升降扰动下尾水系统明满流瞬变特性研究

2

作者 李汶杰 周大庆 郭俊勋 《水电能源科学》 北大核心 2025年第11期68-72,共5页

电站实际运行中,泄洪、机组负荷调整等均会引起下游河道水位的变化,尾水系统内发生明满流现象的可能性显著增加,对系统的运行可靠性和电站运行的稳定性提出了新的挑战。为探索下游河道水位升降对尾水系统明满流瞬变特性的影响,采用VOF... 电站实际运行中,泄洪、机组负荷调整等均会引起下游河道水位的变化,尾水系统内发生明满流现象的可能性显著增加,对系统的运行可靠性和电站运行的稳定性提出了新的挑战。为探索下游河道水位升降对尾水系统明满流瞬变特性的影响,采用VOF多相流模型、湍流模型和可压缩模型,模拟下游河道水位以不同速率升降的4个明满流工况。结果表明,下游河道水位扰动下,尾水系统的压力脉动幅值与水位变化速率成正相关;调压井下游尾水隧洞的压力脉动呈周期性波动,主要由下游水位变化和调压井水位波动耦合作用产生;调压井吸收下游水位变化产生的高频脉动,对同尾水隧洞的两台机组产生低频影响;下游河道水位快速变化时尾水洞内出现压力陡增陡降现象,存在大量涡结构,并伴随流动分离,流态比较紊乱,影响机组运行稳定性。 展开更多

关键词 明满流 过渡过程 VOF模型 压力脉动 流场演变

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明满交替流特征隐式格式法计算模型在工程中的应用研究 被引量：9

3

作者 陈乃祥 孔庆蓉 +1 位作者 樊红刚 权学林 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第5期85-89,94,共6页

本文给出了明满交替流特征隐式格式法计算模型。在对三峡、向家坝等电站的过渡过程进行计算的基础上,给出了工程应用中有用的结论:变顶高尾水隧洞洞顶的坡度越大,明满流动的压力波动越小;明满交替的最高压力上升出现在下游水位稳态线交... 本文给出了明满交替流特征隐式格式法计算模型。在对三峡、向家坝等电站的过渡过程进行计算的基础上,给出了工程应用中有用的结论:变顶高尾水隧洞洞顶的坡度越大,明满流动的压力波动越小;明满交替的最高压力上升出现在下游水位稳态线交于洞顶线中部附近时的工况,且出现最大压力的位置靠近下游侧;反射界面设定会影响仿真结果,需合理界定。 展开更多

关键词 水力学 变顶高尾水洞 明满流 水力过渡过程 仿真计算

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变坡长隧洞明满流水力特性研究 被引量：10

4

作者 王威 吴时强 +1 位作者 黄标 王芳芳 《人民黄河》 CAS 北大核心 2017年第6期94-98,共5页

明满流交替是长隧洞常遇到的不利水流流态,尤其是洞内截留气囊输移现象会对隧洞结构安全构成威胁。通过试验研究,阐述了变坡长导流隧洞洞内流态的演变过程,指出随着上游水位上升,洞内水流流态呈现由水跃转变为明满流交替、直至有压流的... 明满流交替是长隧洞常遇到的不利水流流态,尤其是洞内截留气囊输移现象会对隧洞结构安全构成威胁。通过试验研究,阐述了变坡长导流隧洞洞内流态的演变过程,指出随着上游水位上升,洞内水流流态呈现由水跃转变为明满流交替、直至有压流的演变过程,分析了典型流态下隧洞的泄流能力,得到了明满流交替的流量系数介于无压流和有压流流量系数之间的结论。同时探讨了明满流交替过程的压力波动,发现明满流交替的压力波动持续时间较长、振幅较大,但压力峰值持续的时间很短,并且截留气囊可有效减缓隧洞底部压力波动。 展开更多

关键词 变坡 长隧洞 明满流 水跃 压力波动

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通气孔对具有明满流尾水隧洞过渡过程的影响 被引量：11

5

作者 刘敏 蔡付林 +1 位作者 张雯 史晓阳 《中国农村水利水电》 北大核心 2014年第2期150-152,156,共4页

在由导流洞改建的尾水隧洞中,常常发生明满流交替现象,结合水工模型试验和基于VOF的数值模拟,对与导流洞相结合的尾水隧洞中发生的明满流过渡过程的水力特性和通气孔的作用机理等进行了研究。通过模型试验,分析了尾水隧洞设置通气孔对... 在由导流洞改建的尾水隧洞中,常常发生明满流交替现象,结合水工模型试验和基于VOF的数值模拟,对与导流洞相结合的尾水隧洞中发生的明满流过渡过程的水力特性和通气孔的作用机理等进行了研究。通过模型试验,分析了尾水隧洞设置通气孔对尾水系统过渡过程的影响,优化了通气孔的布置。通过数值模拟得到了尾水隧洞发生明满流时,部分监测点的压力变化过程曲线和监测断面的流量变化过程及通气孔的风速变化等,验证了通气孔减缓明满流的作用,并对通气孔的尺寸进行了优化分析。 展开更多

关键词 尾水隧洞 明满流 通气孔 模型试验 数值模拟

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向家坝水电站地下厂房变顶高尾水系统研究 被引量：10

6

作者 辜晓原 李佛炎 禹芝文 《水力发电》 北大核心 2004年第6期23-26,共4页

为了满足电站的调节保证要求,减小地下洞室群的规模,向家坝水电站地下厂房采用了特殊的尾水系统布置方案,即变顶高尾水洞方案,取消了尾水调压室。在研究水电站变顶高尾水洞基本工作原理的基础上,提出了向家坝水电站右岸地下厂房变顶高... 为了满足电站的调节保证要求,减小地下洞室群的规模,向家坝水电站地下厂房采用了特殊的尾水系统布置方案,即变顶高尾水洞方案,取消了尾水调压室。在研究水电站变顶高尾水洞基本工作原理的基础上,提出了向家坝水电站右岸地下厂房变顶高尾水洞布置方案研究的基本思路和具体步骤,论证了采用变顶高尾水洞方案的可行性和合理性。 展开更多

关键词 变顶高尾水洞 数值计算 模型试验 向家坝水电站

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导流洞改建尾水洞明满流过渡过程数值模拟 被引量：7

7

作者 张宗溥 花玉龙 程欢 《人民黄河》 CAS 北大核心 2015年第4期105-108,共4页

针对导流洞区别于常规尾水洞的水力特性,在分析总结明满流数学计算方法的基础上,采用狭缝法的特征隐式格式法建立模型,对尾水洞中明满流过渡过程进行数值模拟。结合工程实例,采集过渡过程中监测点的压力和水位极值,并利用该电站引水发... 针对导流洞区别于常规尾水洞的水力特性,在分析总结明满流数学计算方法的基础上,采用狭缝法的特征隐式格式法建立模型,对尾水洞中明满流过渡过程进行数值模拟。结合工程实例,采集过渡过程中监测点的压力和水位极值,并利用该电站引水发电系统整体水工模型试验进行验证。对比分析得到数值计算结果与模型试验结果一致,表明该数学模型适用于导流洞改建发电尾水洞明满流过渡过程的数值模拟。 展开更多

关键词 导流洞 明满流 数值模拟 特征隐式格式法 模型试验

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含长连接管调压室尾水系统过渡过程参数研究

8

作者 葛佩明 刘丹成 +2 位作者 柯灿灿 叶潘 孔舒莹 《今日制造与升级》 2025年第9期1-3,109,共4页

文章结合已建成含长连接管尾水调压室的抽水蓄能电站,利用一维瞬变流理论进行甩负荷过渡过程计算分析,对长连接管不同连接或布置形式下的调压室节点进行对比计算,发现阻抗孔径、连接管径变化对调压室、机组流量变化的影响不同——前者... 文章结合已建成含长连接管尾水调压室的抽水蓄能电站,利用一维瞬变流理论进行甩负荷过渡过程计算分析,对长连接管不同连接或布置形式下的调压室节点进行对比计算,发现阻抗孔径、连接管径变化对调压室、机组流量变化的影响不同——前者直接作用于流量变化率,而后者是通过改变变化率的周期、振幅产生影响。研究发现,当阻抗孔面积取尾水主洞径面积的35%、连接管径取尾水主洞径40%以上时,均能取得较安全的防护效果。 展开更多

关键词 长连接管 阻抗孔 调压室 尾水系统布置 甩负荷过渡过程

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复杂输水发电系统尾水隧洞明满流对水力过渡过程的影响 被引量：7

9

作者 周建旭 刘峰宏 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2024年第3期51-56,共6页

为研究输水发电系统中明满流尾水系统的水力特性及其适用性,基于特征线法和特征隐式格式法建立水电站输水发电系统过渡过程分析模型,比较分析了明满流与全有压流两类尾水系统的水力特性以及尾水系统明满流过渡过程对输水发电系统瞬态参... 为研究输水发电系统中明满流尾水系统的水力特性及其适用性,基于特征线法和特征隐式格式法建立水电站输水发电系统过渡过程分析模型,比较分析了明满流与全有压流两类尾水系统的水力特性以及尾水系统明满流过渡过程对输水发电系统瞬态参数和机组调节品质的影响。结果表明:在尾水隧洞全有压和明满流条件下,机组调节保证计算参数的控制值偏差较小,明满流尾水系统对应的尾水管进口最小内水压力相对较大;考虑明满流尾水系统的机组调节品质优于有压流尾水系统,且无明显的高频振荡叠加现象。 展开更多

关键词 全有压流 明满流 水力过渡过程 特征线法 特征隐式格式

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弯道隧洞内的明满流现象及有关水力学问题 被引量：6

10

作者 马吉明 《红水河》 1997年第1期23-24,共2页

通过实验研究总结了水位升降对弯道隧洞内明满流流态的影响；指出洞内出现明满流时所对应的洞前淹没崐水深与水位升降次序有关；明满流期间流量系数可视为常数。

关键词 隧洞导流 水力学 明满流现象 水位 水工隧洞

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城市排水管网明满交替非恒定流数学模型的研究 被引量：10

11

作者 柳园园 王船海 +4 位作者 吴朱昊 曾贤敏 马腾飞 陈景波 许强 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2016年第2期210-219,共10页

该文针对城市排水管网系统存在的明满流共存的计算难点,从一维水流的圣维南方程组的物理意义入手,推导了适用于有压管流的方程组表达形式,提出了当量宽度的概念和计算方法,修正了Preissmann窄缝假定方法中的窄缝宽度公式,将明渠和有压... 该文针对城市排水管网系统存在的明满流共存的计算难点,从一维水流的圣维南方程组的物理意义入手,推导了适用于有压管流的方程组表达形式,提出了当量宽度的概念和计算方法,修正了Preissmann窄缝假定方法中的窄缝宽度公式,将明渠和有压管道两种情况下的方程组写成统一的形式,实现了对明满过渡流的有效数值模拟。通过数学模拟,与经验数据和SWMM模型的对比验证,揭示了当量宽度法的合理性、可行性及其实际应用价值。 展开更多

关键词 当量宽度 Preissmann窄缝 明满过渡流 城市排水管网 数值模拟

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基于VOF方法的尾水隧洞过渡过程明满流水力特性研究 被引量：9

12

作者 史晓阳 杨玉锋 +2 位作者 赵子杰 刘烨华 边策 《水利水电技术（中英文）》 北大核心 2021年第1期78-88,共11页

针对尾水隧洞结合导流隧洞布置时过渡过程中的明满流问题,采用VOF气液两相流模型对尾水系统的三维流场进行计算和分析。计算了尾水隧洞过渡过程中满流至明流和明流至满流两种典型工况,通过模型试验中尾水隧洞监测点的数据验证了数值模... 针对尾水隧洞结合导流隧洞布置时过渡过程中的明满流问题,采用VOF气液两相流模型对尾水系统的三维流场进行计算和分析。计算了尾水隧洞过渡过程中满流至明流和明流至满流两种典型工况,通过模型试验中尾水隧洞监测点的数据验证了数值模拟的可靠性和准确性。在此基础上,对明满流的水力特性进行了深入的分析和研究。结果表明:尾水隧洞发生明满流时,洞底监测点的压力变化幅度较大且持续时间较长;尾水隧洞通气孔的风速正负和水位的升降有关,甩负荷和增负荷两种工况下,出气风速均大于进气风速。利用VOF方法捕捉到了尾水隧洞的自由液面变化过程,验证了通气孔对减缓明满流的作用,并通过对不同直径的通气孔作用效果进行比较,证明选择直径2 m的通气孔较为合适。 展开更多

关键词 尾水隧洞 明满流 通气孔 数值模拟 水力特性 压力脉动

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明满交替流数值模拟中的精细积分法 被引量：3

13

作者 郭晓晨 周玉文 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2006年第4期533-537,共5页

建立具有统一形式的明满交替流控制方程。由于系统阵刚性而导致明满交替流数值模拟的计算精度低和收敛性差。在交错网格上对控制方程进行空间上的数值离散后,加入伪时间导数项进行预处理,改善系统阵的刚性。通过采用系统阵增维的方法将... 建立具有统一形式的明满交替流控制方程。由于系统阵刚性而导致明满交替流数值模拟的计算精度低和收敛性差。在交错网格上对控制方程进行空间上的数值离散后,加入伪时间导数项进行预处理,改善系统阵的刚性。通过采用系统阵增维的方法将非齐次状态空间方程转化为齐次方程,避免了矩阵求逆运算,增强计算的稳定性;预处理后系统方程每一个物理时间步的求解都相当于一个稳态问题,需要花费大量的计算时间,借助于精细积分法可以采用大步长的优势来加快求解速度。有效地解决了明满交替流建模中由于刚性而引起的数值稳定性问题和预处理引起的积分时间较慢的问题。而且这一方法具有程序容易实现的优点。 展开更多

关键词 明满交替流 预处理 精细积分

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台山核电厂引水隧洞明满交替流动研究 被引量：1

14

作者 王彩云 陈文学 +1 位作者 贺娟 王晓松 《水电能源科学》 北大核心 2014年第12期103-106,共4页

针对台山核电厂纳潮取水系统在事故状态时引水隧洞会出现明满流交替现象而对隧洞甚至整个工程带来影响的问题,基于现有明满流交替流动方法的分析,在激波捕捉法(狭缝法)的基础上,将不同长度隧洞的处理方法加入模型,并采用逐渐变化的窄缝... 针对台山核电厂纳潮取水系统在事故状态时引水隧洞会出现明满流交替现象而对隧洞甚至整个工程带来影响的问题,基于现有明满流交替流动方法的分析,在激波捕捉法(狭缝法)的基础上,将不同长度隧洞的处理方法加入模型,并采用逐渐变化的窄缝来解决计算不稳定问题。将改进的模型应用于台山核电厂纳潮取水系统,得出在10 000年一遇矮胖型外海潮位情况下,工况A(16.79h)为最不利工况,此时海水库达到最低水位-8.05m,较最低允许值-8.80m高0.75m,引水隧洞内未出现不利的压力波现象,表明该核电厂引水隧洞设计满足要求,能够安全运行。 展开更多

关键词 引水隧洞 明满交替流动 数值模拟 台山核电厂

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白鹤滩水电站输水发电系统水工模型试验研究 被引量：11

15

作者 孙洪亮 陈益民 +3 位作者 蔡付林 杨飞 李高会 陈祥荣 《水电能源科学》 北大核心 2021年第2期90-92,89,共4页

白鹤滩水电站单机容量目前居世界之首,输水发电系统规模巨大,尾水隧洞存在明满流现象,尾水调压室存在上室明流,水力学条件复杂,有必要深入研究输水系统水力学问题。采用整体模型试验方法,研究尾水隧洞出口结构布置形式的影响和输水系统... 白鹤滩水电站单机容量目前居世界之首,输水发电系统规模巨大,尾水隧洞存在明满流现象,尾水调压室存在上室明流,水力学条件复杂,有必要深入研究输水系统水力学问题。采用整体模型试验方法,研究尾水隧洞出口结构布置形式的影响和输水系统整体布置的合理性。结果表明,尾水隧洞出口设置逆坡堰,可明显改善尾水隧洞明满流流态,减小尾水连接管进口负压,抬高尾水调压室最低涌浪水位,水力学条件更优。大波动工况下,输水系统各部位压力和涌浪极值满足设计要求,输水系统布置合理。研究结果可为白鹤滩工程设计提供技术支撑,也可为类似工程提供借鉴。 展开更多

关键词 白鹤滩 百万千瓦机组 输水系统 明满流 模型试验

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圆形断面临界水深计算公式探讨 被引量：2

16

作者 戴菊英 李继伟 苏丹 《云南水力发电》 2009年第5期38-39,共2页

分析总结了前人对圆管明渠临界水深计算的研究成果,根据前人经验公式的特点,提出了新的圆形断面临界水深计算公式。该公式形式简单,便于记忆,而且计算精度较高。

关键词 圆形断面 临界水深 计算公式

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白鹤滩水电站尾水洞明满流段优化试验研究 被引量：5

17

作者 孙洪亮 陈益民 +1 位作者 杨飞 侯博 《中国水利》 2019年第18期80-83,共4页

白鹤滩水电站尾水隧洞末端部分洞段由导流洞改建而成,尾水位较低时,存在明满流现象,对输水系统安全有重要影响。本文采用模型试验方法,对明满流段的流态及体型优化进行研究。结果表明:过渡过程中,尾水洞内正反向水流相叠加,产生水面涌波... 白鹤滩水电站尾水隧洞末端部分洞段由导流洞改建而成,尾水位较低时,存在明满流现象,对输水系统安全有重要影响。本文采用模型试验方法,对明满流段的流态及体型优化进行研究。结果表明:过渡过程中,尾水洞内正反向水流相叠加,产生水面涌波,触顶后形成眀满流,并伴随压力脉动现象。脉动压力的极值远小于隧洞衬砌压力的设计值73.5 m,对尾水隧洞衬砌段结构影响较小。结构优化研究表明在尾水隧洞出口设置逆坡堰及优化衔接段坡度,可有效改善明满流流态。 展开更多

关键词 白鹤滩水电站 尾水隧洞 明满流 模型试验 结构优化

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乌东德水电站尾导结合处的转弯半径研究

18

作者 何相慧 杨桀彬 +1 位作者 杨建东 李玲 《水电能源科学》 北大核心 2021年第10期114-117,共4页

导流洞作为尾水洞使用可减少围岩开挖量,节省工期和成本,但尾导结合的布置方式会导致在下游尾水位较低时出现明满流交替现象,尾导结合处的转弯半径也会影响该处的流速和水深。采用基于特征线法和虚拟狭缝法的一维计算与基于VOF模型的三... 导流洞作为尾水洞使用可减少围岩开挖量,节省工期和成本,但尾导结合的布置方式会导致在下游尾水位较低时出现明满流交替现象,尾导结合处的转弯半径也会影响该处的流速和水深。采用基于特征线法和虚拟狭缝法的一维计算与基于VOF模型的三维计算相结合的方式,研究了过渡过程中尾导结合处的转弯半径对流态和水深的影响。结果表明,转弯半径越小,尾导结合处速度越大,甩负荷初始阶段流出调压室流量越大,调压室最低涌浪出现的时间越快,最低涌浪数值越小;有压流工况下的一维计算与三维计算结果吻合度较好,明满流工况下有一定的误差;尾导结合处转弯半径对明满流的波动范围及尾导结合处水深的影响较小。 展开更多

关键词 尾水洞 导流洞 转弯半径 明满流 VOF模型

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引江济淮长距离大管径供水管道水力过渡过程计算与分析 被引量：1

19

作者 胡大明 《治淮》 2023年第5期53-54,60,共3页

水锤事故在运行过程中极易给工程造成危害,此种现象在长距离供水管道运行中尤其明显;长距离大管径供水管道工程实施运行案例较少,可借鉴经验少。本文以引江济淮工程(安徽段)亳州供水工程为例,通过对过渡过程进行模拟计算,提出了水锤防... 水锤事故在运行过程中极易给工程造成危害,此种现象在长距离供水管道运行中尤其明显;长距离大管径供水管道工程实施运行案例较少,可借鉴经验少。本文以引江济淮工程(安徽段)亳州供水工程为例,通过对过渡过程进行模拟计算,提出了水锤防护措施,经过工程运行检验,计算结果贴合实际,防护效果良好,对其他类似工程具有借鉴意义。 展开更多

关键词 水锤防护 水力过渡 长距离 大管径 供水管道 引江济淮

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具有明满交替流大型水电站的动态数值模拟及优化设计研究 被引量：10

20

作者 褚宝鑫 樊红刚 陈乃祥 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期166-170,共5页

在电站的尾水隧洞中常有可能出现明满交替流动,由于这种流动的存在,过渡过程中可能产生较大的压力脉动,具有明满交替流动的电站尾水系统对电站运行的稳定性和过渡过程都带来复杂的影响,因此在建立合理可行的明满交替流动数值模型是完全... 在电站的尾水隧洞中常有可能出现明满交替流动,由于这种流动的存在,过渡过程中可能产生较大的压力脉动,具有明满交替流动的电站尾水系统对电站运行的稳定性和过渡过程都带来复杂的影响,因此在建立合理可行的明满交替流动数值模型是完全必要的。通过分析采用了特征隐式差分格式法计算模型,并用该模型及具有明满交替流动的大型水电站综合计算模型研究了三峡、溪洛渡等四座大型水电站的水力过渡过程,对采用明满流动尾水隧洞和其他形式尾水隧洞中的压力进行了分析计算,提出了对明满流动尾水洞进行优化设计的建议。 展开更多

关键词 仿真 明满交替 优化设计 特征隐式格式

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