电厂温排水热扩散三维数值模拟研究
南迪普电站温排水影响数值模拟研究
动逐渐 减弱 ， 温排水 与运河水 流完全 匀合后 ， 在 可使运
河水温 抬升约 ０ ３ 。温升 影响 范 围与物 理模 型 试验 ．℃ 实测 的温排水 流动影 响范 围吻合 良好 。
（ 下转 第 １ ６页 】 ０
ｌ６ ０
人 民 长 江
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（ 接第 ｓ 上 ０页 ）
口。因此 ， 数学模 型分 析 计算 主要模 拟 电站上 游 排水
口温 排水 温升 效 应 ， 计算 区域 包 括 水 电站 以上 长 ７ ３ １ ｍ 的运 河 、 建工程 取水 口及 电站上游排 水 口 ， 河 长 拟 运 年流量 为 ２ ９ ５ ｓ取排 水流 量约为 １ ． ｓ冷 ８ ．４ｍ ／ ， ２ ５ｍ ／ ，
南迪 普 电站 温 排 水影 响数 值 模拟 研 究
华 维 娜， 根 广 ， 雪 江 张 李
（ 北 农 林 科 技 大 学 水 利 与建 筑 工程 学 院 ， 西 杨 凌 ７ ２ ０ ） 西 陕 １ １０
摘 要 ： 了评 估 电 站 的 温排 水对 自然 水 域 的 影 响 ， 过 对 巴基 斯 坦 南迪 普联 合 循 环 电站 取 排 水 系统 进 行 平 面 为 通
图 ４
上 游 排 水 口附 近流 场
３ ３ 温 度 场 分布 ．
３ ３ １ 排 水 口 附 近 温 度 分 布 ． ．
图 ５为上 游排水 口及取 水 口处 温升 等值线 图 。由 图可见 ， 高温升 区主要 局 限于排水 口附近 ， 温升 的温 低 扩散 范围也较 小 ， 随着水流 流 向下 游 ， 升影响 逐渐 且 温 减弱 。在 ＝６ ０ ｍ 断 面 处 ， 面 平 均 温 升 幅 度 为 ２ 断 １Ｏ ℃ ， 升 影 响 宽 度 为 ２ ｍ， 该 断 面 宽 度 的 ．８ 温 １ 占 ２ ．％ ； ０ ６ 在 ＝７ ０ ｍ 断 面 处 （ ０ 即距 上 游 排 水 口 １０ ０ ｍ） 断面平均 温升幅 度仅为 ０ ４ ℃ ， 响宽 度为 ８ｒ， ， ．５ 影 ｎ 占该断 面宽度 的 １ ． ％ ； 升影 响 随着水 流 向下 游 流 ６７ 温
三维潮流温度数值模型研究及应用
＋
—
ｃ ）温度对流扩散方程 ：
ｏＨ ｒ ＋ （ａ ）
— —
Ｏ ｔ
。
，
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度 ， 面上 高温 区面积也偏小 ， 际不符 ， 平 与实 客观上要求研 究
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Ｈ ０＂ ｏ＋
２ 算例计算结果分析
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＋
以下将 以澳 门路环发 电厂温排 放计算 为例 ， 温排水 研究
的输 移扩散 ， 分析 电厂排水 口附近温升场 的变化特征 。
２ １ 模 型研究 范围 ．
一
一
＋Ｍ
（） ３
计算模 型覆盖 水域 面积约 ７ ． ｍ ， ７ ５ｋ 如图 １ 示 ， 所 上边
： ｏ － ￣ ｇ
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（） ２ 边 界 为 ＝ ０
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Ｖ Ｏ ＋ｔ — Ｖ 百 Ｏ ｏ Ｖ
收稿 日期 ：０ １ １ ２ １ ６
作者简介 ： 庄水英 ， ， 女 江苏吴江人 ， 从事水 利数值模拟研究工作 。
６
界 西 边 取 自澳 门 水 道 澳 大 桥 附 近 ， 字 门 水 道 取 自红 旗 村 十
－
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附近 ； 北至外港 附近 ， 距离电厂约 ６ｋ 南至十字 门出口三洲 ｍ； 附近 ， 电厂约 ４ ５ｋ 东侧边 界至 电厂 以东约 ４ ８ｋ 距 ． ｍ； ． ｍ。模
两种分层方式对温排水三维数值模拟的影响研究
第２１卷 第５期２０２３年９月中国水利水电科学研究院学报（中英文）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＶｏｌ．２１ Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０２３收稿日期：２０２３－０２－０２；网络首发时间：２０２３－０９－１３网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１０．１７８８．ＴＶ．２０２３０９１２．０８４８．００１作者简介：向杨（１９８７－），高级工程师，主要从事核电取排水研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｎｇｙａｎｇ＠ｓｎｐｄｒｉ．ｃｏｍ通信作者：张东文（１９６４－），教授级高级工程师，主要从事核电冷却方式研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄｏｎｇｗｅｎ＠ｓｎｐｄｒｉ．ｃｏｍ文章编号：２０９７－０９６Ｘ（２０２３）－０５－０４８２－０８两种分层方式对温排水三维数值模拟的影响研究向 杨１，李延军２，陈 丹３，韩 瑞４，刘福建５，张东文１（１．国核电力规划设计研究院有限公司，北京 １０００９５；２．山东核电有限公司，山东烟台 ２６４０００；３．丹华水利环境技术（上海）有限公司，上海 ２００２３５；４．中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８；５．菏泽市市场监管监测中心，山东菏泽 ２７４０００）摘要：三维数学模型近年来越来越多地被用于研究滨海电厂温排水环境影响问题。
海域自由面随潮波动、地形复杂多变，垂向网格的划分方式在一定程度上会影响流场、温度场计算结果。
本文以某滨海核电厂为例，采用ＭＩＫＥ３软件开发斜压三维水动力水温模型，在总分层数即算力保持一致的情况下探究纯ｓｉｇｍａ分层和垂向混合分层两种分层方式对计算结果的影响。
结果表明：两种垂向分层模式对海域潮位的计算精度影响不大，但对有垂向流速梯度的流场刻画会产生一定影响，在近岸海域采用ｓｉｇｍａ分层模式有利于捕捉垂向流速的变化特征；同时，纯ｓｉｇｍａ分层方案下，４℃最大温升包络面积约为混合分层的４倍，表明不同垂向分层模式可能会对高温升包络面积计算结果产生较为显著的影响。
某电厂温排水三维扩散特征物理模型研究及分析
某电厂温排水三维扩散特征物理模型研究及分析郭磊;黄本胜;邱静;赵吉国;刘中峰【摘要】温排水研究是电厂排水环境影响评价和海域使用评估的重要前提.受排水量、排水结构设计及受纳水体动力条件等影响,温排水三维热力扩散特征较为复杂,规律性不强,是电厂温排水研究的难点.以某\"近取远深排\"布置滨海电厂为例,采用物理模型试验手段,结合排水口多点多层温升实时监测数据,研究电厂排水三维热扩散特性.以大范围温排物理试验为基础,根据平面二维数值模拟成果,并结合电厂排水头部局部布置,在排水口表层2℃温升包络范围内,布置10条测温垂线,每条垂线设4个测温点.通过生潮系统及测温系统,监测不同工况下各测点温升值,插值并绘制三维垂向温升分布图,分析电厂排水口垂向温升分布及扩散特征.分析表明,就本项目温排水条件,高温升水团被约束在排水口附近较小区域内;温排垂向扩散呈椭榄或烛焰形态;底部高温升扩散受水平海流影响较小;温排水上浮过程中,高温升水团快速减小,低温升水团范围逐渐扩大.研究可为类似电厂排水三维热力扩散分析提供参考.【期刊名称】《广东水利水电》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】6页(P26-30,39)【关键词】温排水;三维扩散特性;物理模型试验;自然邻点插值;生潮系统【作者】郭磊;黄本胜;邱静;赵吉国;刘中峰【作者单位】广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室,河口水利技术国家地方联合工程实验室, 广东广州 510635;广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室,河口水利技术国家地方联合工程实验室,广东广州 510635;广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室,河口水利技术国家地方联合工程实验室, 广东广州 510635;广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室,河口水利技术国家地方联合工程实验室, 广东广州 510635;广东省水利水电科学研究院, 广东省水动力学应用研究重点实验室,河口水利技术国家地方联合工程实验室, 广东广州 510635【正文语种】中文【中图分类】TV137;TM621直排方式电厂在运行过程中，机组废热将随循环冷却水排入工程附近水域，形成温排水。
海湾电厂三维斜压水流和温排水数值模拟
随着经济建设 的快速发展 ， 海湾 电厂的规模也逐步扩大。 电厂所需的循环冷却水直接排人海水 中， 改变 了水体的物理 、 化学及生态环境 ， 可能造成热污染 ， 因此有必要建立相应 的模 型对其影响进行预测。 温水与
受纳水体的掺混及传热过程本身是一个三维的过程 ， 加之海湾地带地形和水动力条件 的复杂性 ， 了解温 要 排 水垂 向水 流特 性 和温 升分 布 ， 须进 行 三维 模拟 。 必 已有 学者 将 三维模 型运 用 于温排 水 的研 究 中［ ］在对 。 流场及温度场进行模拟时 ， 大多都是先模拟水动力场 ， 然后在此基础上模拟温度场 ， 且忽略由于密度差异引 起 的密度 梯度 和斜 压效 应 ， 这一 效应 在水 动力 条件 复 杂 的海 湾 地带 以及 垂 向密度 分层 明显 的温水 排放 口附 近水域尤为明显［］ ３ 因此很有必要建立三维斜压水流和温排水数学模型。 。 本文 以象 山湾内某电厂 的温排水为例 ， 进行三维斜压水流和温排水数值模拟。 先进行水动力场 和温度 场计算， 将温度场计算结果代人状态方程 ， 实时修正水体密度 ， 再将密度反馈到斜压项 ， 进行流场更新计算 ， 进而得到新的温度场 ， 依此循环 ， 实现水动力场和温度场的耦合计算 。 在根据实测资料对模型进行充分验证 的基 础上 ， 模拟 了电厂温排 水扩 散输移 过程 中的三维 温升分 布特 征 。
（） ４
ｏ（２ Ａ ｈ
，
Ｏ［
ｈ ） Ｏ根 ＋ ￣ 告 Ｔ 一 Ａ ）
电厂温排水三维模拟及特征分析
ｎ ａ ｂ ｅ ｃ ａｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏｎ ｗａ ｓ ｏ ｂ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ ｕ ｐ ｐ ｅｒ ａ ｎ ｄ ｍｉ ｄ ｄ ｌ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｓ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ａ ｓ
ｆ ａｃ ｅ ｔ ｏ ｂｏ ｔ ｔ ｏｍ ｗｉ ｔ ｈ ｗａｔ ｅｒ ＣＵ ｒ ｒ ｅｎｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎ ｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｔ ｈ ｅｒ ｍ ａｌ ｄｉ ｓ ｃｈａｒ ｇｅ ； ３ 一 Ｄ ｓｉ ｍ ｕｌ ａｔ ｉ ｏｎ； ｃｈ ａｒ ａｃ ｔ ｅｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａｎ ａｌ ｙ ｓｉ ｓ； ｐｏ ｗ ｅｒ ｐｌ ａｎｔ
２ ０ １ ３年 ２月
电 力 科
技 与 环 保
第２ ９卷 第 １ 期
电 厂 温 排 水 三 维 模 拟 及 特 征 分 析
３ Ｄ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ
ｍ ｏｖ ｅｍ ｅｎｔ ａｎｄ ｔ ｅｍ ｐ ｅｒ ａｔ ｕｒ ｅ ｔ ｒ ａｎｓ ｐｏｒ ｔ ｍ ａｔ ｈ ｅｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａｌ ｍ ｏｄｅｌ ｗ ｅｒ ｅ ｕｓ ｅｄ ｔ ｏ ｐｒ ｅｄｉ ｃｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅｍ ｐ ｅｒ ａｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｉ ｅｌ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐｏ ｗ—
河底方 向． 温 升 带 逐 渐 向排 放 口下 游 移 动 。 关键词 ： 温排 水 ； 三 维模 拟 ； 特征分析 ； 电厂
浅谈核电厂温排水模型试验
浅谈核电厂温排水模型试验摘要：直流供水核电厂温排水不断地排入受纳水体，造成水域温度升高，对自身取水影响较大，以及影响水体水质，危害水中生物的生长，对周围水域造成热污染。
因此需依据工程规划、设计进度安排，分阶段采用适宜的数学模型计算、物理模型试验手段开展相应研究工作，为工程规划设计及其环境影响评价提供依据。
关键词：核电厂；温排水数值模拟试验；温排水物理模型试验冷却水作为核电厂的机组冷源，经过热交换后，温度一般升高8℃～12℃，成为“温水”流出。
冷却水的注入影响核电站取排水工程水体的水力热力特性，取水温升的高低直接关系到电厂机组效率，水温超过一定限度，还将被迫降低负荷，成为机组满发的巨大障碍，如何利用现有水源的冷却能力来满足工程取水温升的要求，成了冷却水水工设计中的关键问题。
同时，电厂循环冷却水直接排入受纳水域也会对水质、水生物等产生许多连带影响，严重时会发生热污染现象。
特别是核电厂冷却水中有时包含不同程度的低放射性物质，这对环境的影响更不容忽视。
因此需依据工程规划、设计进度安排，分阶段采用适宜的数学模型计算、物理模型试验手段开展相应研究工作，以便合理地选择取排水口的位置和形式，为工程规划设计及其环境影响评价提供依据。
1.核电厂温排水模型试验种类温排水模型试验须根据类比分析或热扩散预测研究的方法获得温升范围，目前常用的热扩散研究方法是数值模拟计算和物理模型试验。
因此温排水模型试验种类分为：温排水数值模拟试验和温排水物理模型试验。
受潮汐影响水域的冷却水工程数值模拟技术经过近二十年的发展，在工程中已得到广泛应用。
目前比较成熟的数值模拟方法(主要是平面二维模型)主要针对冷却水工程的远区问题，对近区热浮力流动的模拟计算离工程需要尚有一定距离，故在实际工程中仍常采用物理模型来研究排取水口的近区三维流动。
通常采用数模和物模相结合的方法(复合模型)来确定电厂冷却水工程的布置方案，数模着重从总体上计算分析受纳水体的热容量和分析总体布置方案；物模则侧重于排取水口的近区热力流的模拟和具体工程布置方案、取排水口体形和尺寸的确定与优化。
滨海核电厂冷却水明渠浅水排放三维数值模拟
滨海核电厂冷却水明渠浅水排放三维数值模拟陈小莉;张强;赵懿珺;袁珏【摘要】温排水是滨海核电厂面临的重要环境问题,模型预报是评价排放影响的主要手段.三维数学模型能精细反映温排水扩散,是预报模型的主要发展方向,但目前其模拟适用性尚需要进一步深入研究.本文以某浅水明渠排放核电厂为例,开展了海域潮流及温排水三维数值模拟,并与二维模拟及物理模型试验进行了对比分析,比较结果表明,三维数学模型模拟的近区水温垂向分布与物理模型吻合,模拟的表层4℃和1℃温升范围与其它模型相比具有合理性.研究结果表明三维数学模型能合理反映浅水明渠排放浮力作用下的水温分层,较好兼顾近区和远区的模拟精度,对此种排放型式具有较好的适用性.【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》【年(卷),期】2018(016)003【总页数】6页(P207-212)【关键词】温排水;明渠排放;三维数学模型;水温分层;输移扩散;浅水排放【作者】陈小莉;张强;赵懿珺;袁珏【作者单位】中国水利水电科学研究院水力学研究所,北京 100038;中国水利水电科学研究院水力学研究所,北京 100038;中国水利水电科学研究院水力学研究所,北京 100038;中国水利水电科学研究院水力学研究所,北京 100038【正文语种】中文【中图分类】TV1331 研究背景现有核电厂的热能利用效率仅有34%左右，滨海厂址一般采用海水进行直流冷却，余热主要以温排水形式排入大海，对近岸海域环境存在诸多不利影响。
因此温排水影响是滨海核电厂环境影响评价重点关注的问题。
数学模型和物理模型是核电厂规划阶段预测温排水影响的主要手段。
温排水在排放出流近区与环境水体发生剧烈掺混，随后随潮扩散到远区，由于近区和远区的稀释扩散时间和空间尺度差异较大，同一模型兼顾近区和远区存在困难。
国内以往主要采用小范围物理模型试验和大范围二维数学模型相结合模拟海域温排水扩散，物理模型用于模拟取排水近区水域水力、热力特性，二维数学模型用于模拟大范围远区水动力输运。
普兰店电厂温排水数值模拟研究
普兰店海域潮流类型属规则半日潮流性质,日潮不
等现象明显,即高、低 潮 不 等 较 为 明 显. 普 兰 店 湾 内 地
貌主要为海积地貌 [６],海岸地貌都是在海水动力 下 逐 步
形成的.海积地貌主要表现为海滩、潮上滩、沿海堤、沙
嘴和冲积平原等.大 连 海 湾 工 业 园 区 主 要 是 坐 落 在 普
数值模拟 [１];陈春亮等为了解决温排水排入湛江 湾 后 的
随潮输移扩 散,应 用 ECOMSED 模 型 计 算 温 排 水 的 时
空 输 移 路 径 及 温 升 范 围 [４];姚 姗 姗 等 采 用 MIKE２１－
HD 模型对舟山 海 域 冷 排 水 的 温 度 扩 散 进 行 了 数 值 研
洋生态系统脆弱 [１].近年来,随着我国沿海经 济 的 快 速
发展,许多半封闭海 湾 建 造 了 电 厂,采 用 直 流 供 水 系 统
的电厂常年源源 不 断 的 将 高 于 环 境 温 度 ５~１２℃ 的 温
排水排入受 纳 海 域,会 对 海 水 环 境 产 生 热 影 响 乃 至 热
污染.
目前,半封闭海湾的热影响问题受到学者的广泛关
究 [５].数学模型作为主要的模拟手段,已得到 了 广 泛 的
应用.笔者采用 MIKE２１－HD 模 型,对 普 兰 店 电 厂 温
排水的输移路径、温 升 范 围 进 行 研 究,从 温 排 水 扩 散 角
度分析项目建设是否可行.
２ 自然条件及计算工况
站采用 H２ 潮位,
５＃~１０＃ 测 站 采 用 H３ 潮 位,将 各 个
９℃ ,极端最高气温
为 ３６．
１℃ (
１９９９ 年 ７ 月 ２９ 日),极 端 最 低 气 温 －２４．
汕头港水域温排水热扩散的三维数值模拟
汕头港水域温排水热扩散的三维数值模拟
黄平
【期刊名称】《海洋环境科学》
【年(卷),期】1996(15)1
【摘要】本文建立了汕头港水域温排水扩散的三维数学模型，并采用特征差分方法求其解，对该法在三维情况下的稳定条件作了推导，给出了判断公式。
上述模型被应用于汕头热电厂废热水排放的环境影响评价中，实例计算表明，该模型算法程序简单，计算结果合理。
【总页数】7页(P59-65)
【关键词】热扩散;温排水;三维数值模拟;汕头港水域
【作者】黄平
【作者单位】中山大学环境科学系
【正文语种】中文
【中图分类】U652.3
【相关文献】
1.阳西海域温排水热扩散的三维数值模拟 [J], 倪培桐;陈丕翔;黄健东
2.盐度分层水域温排水流动特性的三维数值模拟 [J], 韩丽娟;田淳;贾利青
3.潮汐水域电厂温排水的水流和热传输准三维数值模拟 [J], 郝瑞霞;韩新生
4.电厂温排水热扩散三维数值模拟研究 [J], 佘格格
5.汕头港水域潮流运动的三维数值模拟 [J], 黄平
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η ｚ
Əρ Əｘ
(２)
＋
ｈＦｕ
＋
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ƏƏσｕ )
＋
ｈｕｓ Ｓ
Əｈｖ Əｔ
＋
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＝
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－
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－
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－
(３)
∫ｈｇ
����
η ｚ
Əρ Əｙ
＋ ｈＦｖ
＋
Ə ( νＶ Əσ ｈ
ƏƏσｖ )
＋ ｈｖｓＳ
１������ １������ ２ 温度运输方程
ƏｈＴ Əｔ
＋
ƏｈｕＴ Əｘ′
＋
ƏｈｖＴ Əｙ′
＋
ƏｈｗＴ Əσ
＝
收稿日期: ２０１８￣１２￣２３ 作者简介: 佘格格(１９９３ 年—) ꎬ 女ꎬ 硕士研究生ꎮ
������１８２������
理论研究
水利技术监督
２０１９ 年第 ３ 期
ｈＦＴ
３ 模型验证
在验证计算时采用某电厂实测资料ꎮ 验证内容 包括水流验证及水温验证ꎬ 水流验证内容有水面 线、 断面流速分布和分流比验证ꎮ
水文测验沿程共布设 ６ 个水尺ꎬ 实测期间沿着 计算河段布置了 ＣＳ１ ~ ＣＳ５ 共 ５ 个ꎬ 在排水口上下游 布置了 ３ 个采样点ꎬ 分别位于排水口上游 ５０ｍ、 排 水口末端中点和排水口下游 ５００ｍ 处ꎬ 进行同期垂线 点温升观测ꎬ 具体布置情况如图 １ 所示ꎮ 电厂已建 ２ × ３００ＭＷ 机组ꎬ 夏季用水量约 ２５������ ０ｍ３ / ｓꎬ 排水温升 约 ９������ ０℃ ꎻ 冬 季 用 水 量 约 １５������ ０ｍ３ / ｓꎬ 排 水 温 升 约 １４������ ０℃ ꎮ 共布置了 ２０３３０ 个网格节点和 ３９４３０ 个计算 单元ꎬ 在垂直方向对水体进行分层ꎬ 层数为 ２０ꎮ
温排水是指电厂冷却水中温升约 １０℃ 并经 由电厂重新排回自然水体的那部分水ꎬ 会引起 工程附近河道水体温升变化ꎮ 同时温排水扩散 引起的取水温度升高会降低机组的效率ꎬ 甚至 由于过度的 热 回 归 效 应 而 导 致 停 机[１] ꎮ 温 排 水 扩散问题涉及取排水平面布置ꎬ 是工程的一个 核心技术问题ꎮ 因此ꎬ 温排水温度三维分布的 研究对指导电厂设计与控制水体污染等方面具 有重要的现实意义ꎮ
１ 三维数学模型建立
１������ １ 控制方程
为适应水域床面和自由表面变化缓慢ꎬ 选用 σ
坐标描述浅水流动和温度输运三维数学模型ꎮ 这样
数值离散与计算过程中ꎬ 计算域在垂向可以分为相 同的层数ꎬ 带来了网格剖分和数值离散的方便[２] ꎮ
同时在 σ 坐标下可以精确地给定床面和水面的边界
条件ꎬ 使结果在垂向有较高的分辨率ꎮ
通过某一 σ 坐标层的流速ꎻ ｈ—水深ꎻ ｆ—柯氏力系
数ꎬ ｆ ＝ ２ΩｓｉｎΦ ꎻ Ω —地球旋转角速度ꎻ Φ —地理纬
度ꎻ ｇ —重力加速度ꎻ ρ —水体密度ꎬ 密度为温度和
盐度的函数ꎬ ρ ＝ ρ( ＴꎬＳ) ꎻ ρ������ —参考密度ꎻ Ａ —水 平紊动黏性系数ꎻ νｔ —垂向紊动黏性系数ꎻ ｐａ —大 气压强ꎻ ｕｓ 、 ｖｓ —排入环境水体中的水流流速ꎻ Ｓ — 点源流量ꎮ
其中ꎬ
ｗ
＝
１ ｈ
(ｗ
＋
ｕ
Əｄ Əｘ′
＋
ｖ
Əｄ Əｙ′
－
(４)
σ(
Əｈ Əｔ
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ｕ
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＋
ｖ
ƏƏｙｈ′) )
ｈＦｕ
≈
Ə Əｘ
(２ｈＡ
ƏƏｕｘ)
＋
ƏƏｙ(
ｈＡ(
Əｕ Əｙ
＋
Əｖ Əｘ
)
)
(５)
ｈＦｖ
≈
ƏƏｘ(
ｈＡ(
Əｕ Əｙ
＋
Əｖ Əｘ
)
)
＋
Ə Əｙ
(２ｈＡ
ƏƏｙｖ )
(６)
式中ꎬ ｕ 、 ν 、 ｗ —在 ｘ、 ｙ、 ｚ 方向的流速分量ꎻ ｗ —
２０１９ 年第 ３ 期 ＤＯＩ: １０������ ３９６９ / ｊ������ ｉｓｓｎ������ １００８￣１３０５������ ２０１９������ ０３������ ０５４
水利技术监督
理论研究
电厂温排水热扩散三维数值模拟研究
佘格格
( 三峡大学水利与环境学院ꎬ 湖北 宜昌 ４４３００２)
摘要: 为分析河道电厂温排水运输扩散情况ꎬ 基于非结构三角形网格的有限体积法求解三维水动力与温度运输模 型ꎮ 经实测资料验证ꎬ 模型方法可行ꎬ 参数取值合理ꎮ 计算结果表明ꎬ 温排水与河道水流发生掺混后ꎬ 温水主要 分布在排水口下游沿岸局部区域ꎬ 并形成扁长状热扩散带ꎮ 河道流量越小ꎬ 温排水影响范围越大ꎮ 随着水深增 加ꎬ 温升数值逐渐减小ꎬ 温升带包络范围以表层温升分布为主ꎮ 关键词: 温排水ꎻ 三维模拟ꎻ 数值模拟ꎻ 电厂 中图分类号: ＴＶ１３１������ ２ 文献标识码: Ａ 文章编号: １００８￣１３０５(２０１９)０３￣０１８２￣０３
＋
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ＤＶ ｈ
ƏƏσＴ )
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ｈＴｓ Ｓ
(７)
[ ] ｈＦＴ ≈
Ə Əｘ
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ｈＤ
ｈ
Ə Əｘ
)
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ｈＤ
ｈ
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Ｔ
(８)
式中ꎬ Ｔｓ —点源的温度或温升ꎻ Ｄｈ —水平热扩散系
数ꎬ Ｄｈ
＝
Ａ σＴ
ꎬ
σＴ
—普朗特常数ꎻ
Ｄν
—垂向热扩散
系数ꎬ Ｄｈ
＝
νｔ σＴ
ꎮ
１������ ２ 初始条件
计算水动力时ꎬ 初始时刻水域各点初始温升取
１������ １������ １ 三维水流运动方程
笛卡儿坐标系下的水流运动控制方程为:
Əｈ Əｔ
＋
Əｈｕ Əｘ′
＋
Əｈｖ Əｙ′
＋
Əｈｗ Əσ
＝
ｈＳ
(１)
Əｈｕ Əｔ
＋
Əｈｕ２ Əｘ′
＋
Əｈｖｕ Əｙ′
＋Əｈｗｕ Əσ＝∫ ｆｖｈ－ｇｈ
Əη Əｘ′
－
ｈ ρ������
Əｐａ Əｘ′
－
ｈｇ ρ������
为 ０ 或是取水口温升值对结果精度影响不大ꎮ 所以
模型初始流速均设置为 ０ꎬ 初始水位为计算条件中
各时期河段平均水位ꎮ 模型边界由自由表面与床面
组成ꎮ 水气界面上的流速边界条件由假定给出ꎮ 自
由表面处温度由表面散热条件确定ꎬ 床面温度满足
绝热条件ꎮ
２ 数值计算方法
研究采用基于非结构三角形网格的有限体积法 求解温排水运动的数学模型[４￣６] ꎮ 为了适应地形的 复杂变化ꎬ 研究中采用非结构三角形网格对计算区 域进行离散ꎬ 选用网格中心式的有限体积法离散控 制方程ꎮ 求解三维水流模型时ꎬ 时间积分采用半隐 格式ꎬ 将水平项的时间积分采用二阶龙格库塔格 式ꎬ 垂直项的时间积分采用二阶隐式梯形格式ꎮ 在 三维温度运输方程的求解中ꎬ 将水平与垂直非黏性 项采用二阶龙格库塔格式ꎬ 垂直黏性项采用二阶隐 式梯形格式积分ꎮ