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Free surface-pressurized flow in ceiling-sloping tailrace tunnel of hydropower plant: simulation by VOF model / Cheng, Yongguang in Journal of hydraulic research, Vol. 45 N°1 (2007) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 45 N°1 (2007) . - 88-99 p. Titre : Free surface-pressurized flow in ceiling-sloping tailrace tunnel of hydropower plant: simulation by VOF model Titre original : Ecoulment à surface libre pressurisé dans la galerie d'évacuation à plafond en ponte d'une usine hydroélectrique: simunaltion par un modèle VOF Type de document : texte imprimé Auteurs : Cheng, Yongguang, Auteur ; Li, Jinping, Auteur ; Yang, Jiandong, Auteur Article en page(s) : 88-99 p. Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Hydropower  plants  Free  surfaces  Pressurized  flow  Transien  flow  Water  tunnels  Two  phase  flow  Numerical  models  Three-dimensionalUsines  d'hydro-électricité  Surfaces  libres  Écoulement  pressurisé  Ecoulement  de  Transien  Tunnels  de  l'eau  Ecoulement  biphasé  Modèles  numériques  Tridimensionnel Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : The ceiling-sloping tailrace tunnel is a new type of tailrace structure for underground hydropower stations and has been selected to replace the tailrace surge tanks in three large-scale hydropower plants in China. During the starting and load rejection conditions of turbine-generator units, the complex free surface-pressurized transient flow occurs in the tailrace tunnel. In this paper, a three-dimensional computational fluid dynamics research code with the volume of fluid (VOF)model is applied to simulate this special flow. After reviewing the ceiling-sloping tailrace tunnel structure and existing simulation methods, the mathematical models and numerical strategies are outlined. Then, the combined transient flow under a load rejection condition is simulated. Comparing with model test data, the flow patterns and pressure surge characteristics are analyzed intensively. The generation, development and breakup of the trapped large air bubbles in the interface region are also studied based on two-phase theory and the flow field results. It is shown that the flow is a special free surface-pressurized flow with a clear and regularly moving interface region, the interfacial large bubbles have no potential to generate large pressures harmful to the tunnel structure and the VOF model is a feasible and more advanced method to simulate this problem. La galerie d'évacuation à plafond-en pente est un nouveau type de structure de galerie pour les stations souterraines d'hydro-électricité et a été choisi pour remplacer les réservoirs de montée subite de tailrace à trois usines d'hydro-électricité à grande échelle en Chine. Pendant les conditions de rejet de commencer et de charge des unités de turbo-générateur, l'écouement transitoire pressurisé extérieur libre complexe se produit dans le tunnel de tailrace. En cet article, un code liquide informatique tridimensionnel de recherches de dynamique avec le volume du modèle (VOF) liquide est appliqué pour simuler cet écoulement spécial. Après avoir passé en revue la structure plafond-en pente de tunnel de tailrace et les méthodes existantes de simulation, les modèles et les stratégies numériques mathématiques sont décrits. Puis, l'écouement transitoire combiné dans une condition de rejet de charge est simulé. Rivalisant avec les essais modèles, les modèles d'écoulement et les caractéristiques de coup de bélier sont analysés intensivement. La génération, le développement et la dissolution des grands bulles d'air emprisonnés dans la région d'interface sont également étudiés basée sur la théorie biphasée et les résultats de champ d'écoulement. On lui montre que l'écoulement est un écoulement librement surface-pressurisé spécial avec un espace libre et une région régulièrement en mouvement d'interface, les grandes bulles dièdres n'ont aucun potentiel de produire de grandes pressions nocives à la structure de tunnel et le modèle de VOF est une méthode faisable et plus avançée pour simuler ce problème. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Niveau hydrostatique En ligne : chengyg2004@yahoo.com.cn [article] Free surface-pressurized flow in ceiling-sloping tailrace tunnel of hydropower plant: simulation by VOF model = Ecoulment à surface libre pressurisé dans la galerie d'évacuation à plafond en ponte d'une usine hydroélectrique: simunaltion par un modèle VOF [texte imprimé] / Cheng, Yongguang, Auteur ; Li, Jinping, Auteur ; Yang, Jiandong, Auteur . - 88-99 p. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 45 N°1 (2007) . - 88-99 p. Mots-clés : Hydropower  plants  Free  surfaces  Pressurized  flow  Transien  flow  Water  tunnels  Two  phase  flow  Numerical  models  Three-dimensionalUsines  d'hydro-électricité  Surfaces  libres  Écoulement  pressurisé  Ecoulement  de  Transien  Tunnels  de  l'eau  Ecoulement  biphasé  Modèles  numériques  Tridimensionnel Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : The ceiling-sloping tailrace tunnel is a new type of tailrace structure for underground hydropower stations and has been selected to replace the tailrace surge tanks in three large-scale hydropower plants in China. During the starting and load rejection conditions of turbine-generator units, the complex free surface-pressurized transient flow occurs in the tailrace tunnel. In this paper, a three-dimensional computational fluid dynamics research code with the volume of fluid (VOF)model is applied to simulate this special flow. After reviewing the ceiling-sloping tailrace tunnel structure and existing simulation methods, the mathematical models and numerical strategies are outlined. Then, the combined transient flow under a load rejection condition is simulated. Comparing with model test data, the flow patterns and pressure surge characteristics are analyzed intensively. The generation, development and breakup of the trapped large air bubbles in the interface region are also studied based on two-phase theory and the flow field results. It is shown that the flow is a special free surface-pressurized flow with a clear and regularly moving interface region, the interfacial large bubbles have no potential to generate large pressures harmful to the tunnel structure and the VOF model is a feasible and more advanced method to simulate this problem. La galerie d'évacuation à plafond-en pente est un nouveau type de structure de galerie pour les stations souterraines d'hydro-électricité et a été choisi pour remplacer les réservoirs de montée subite de tailrace à trois usines d'hydro-électricité à grande échelle en Chine. Pendant les conditions de rejet de commencer et de charge des unités de turbo-générateur, l'écouement transitoire pressurisé extérieur libre complexe se produit dans le tunnel de tailrace. En cet article, un code liquide informatique tridimensionnel de recherches de dynamique avec le volume du modèle (VOF) liquide est appliqué pour simuler cet écoulement spécial. Après avoir passé en revue la structure plafond-en pente de tunnel de tailrace et les méthodes existantes de simulation, les modèles et les stratégies numériques mathématiques sont décrits. Puis, l'écouement transitoire combiné dans une condition de rejet de charge est simulé. Rivalisant avec les essais modèles, les modèles d'écoulement et les caractéristiques de coup de bélier sont analysés intensivement. La génération, le développement et la dissolution des grands bulles d'air emprisonnés dans la région d'interface sont également étudiés basée sur la théorie biphasée et les résultats de champ d'écoulement. On lui montre que l'écoulement est un écoulement librement surface-pressurisé spécial avec un espace libre et une région régulièrement en mouvement d'interface, les grandes bulles dièdres n'ont aucun potentiel de produire de grandes pressions nocives à la structure de tunnel et le modèle de VOF est une méthode faisable et plus avançée pour simuler ce problème. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Niveau hydrostatique En ligne : chengyg2004@yahoo.com.cn