盐度分层水域温排水流动特性的三维数值模拟.pdf
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1、第 3 6卷第 4期 2 0 1 4年 4月 人民黄河 YELL0W RI VER Vo 1 3 6 No 4 Ap r , 2 01 4 【 水资源 水 环境 】 盐度分层水域温排水流动特性的三维数值模拟 韩丽娟 , 田 淳 , 贾利青 ( 1 太原理工大学 水利科学与工程学院, 山西 太原 0 3 0 0 2 4; 2 滨州市水利勘测设计研究院, 山东 滨州 2 5 6 6 0 0 ) 摘要: 为了研究盐淡水分层水域温排水的水力热力特性, 在物理模型试验的基础上, 基于E C O MS E D三维非线性水动 力模式, 在考虑上游径流和潮流共同作用的情况下, 对温度和盐度相互影响的水流进行了
2、数值模拟。在对该水域的潮流 验证 良好 的基础 上, 通过模拟得到 了温度和 盐度 的垂向分布 、 不同水深处全潮平均温升场 , 以及 涨急、 涨憩、 落急、 落憩 四 个典型时刻温度场的特征值, 与试验值进行比较 , 分析温盐扩散的机理。结果表明, 该数值模型基本反映了非恒定盐淡 水 交汇水域 的温盐输运 扩散 规律。 。 关键词 :非恒定 ;盐度分层水域 ;温排水 ;物理试验 ;三维数值模 拟 中图分类号 :T V 1 3 1 2 文献标志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 4 0 4 0 2 2 3 D Nu
3、 me r i c a l S i mul a t i o n o n He a t e d Di s c h a r g e a t Sa l i ni t y La y e r i n g W a t e r Ar e a H A N L i - j u a n , T I A N C h u n , J I A L i - q i n g 2 ( 1 C o l l e g e o f Wa t e r R e s o u r c e s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ,T a i y u a n u n i v e r s i t y
4、 o f t e c h n o l o g y ,T a i y u a n 0 3 0 0 2 4, C h i n a ; 2 B i n z h o u Wa t e r C o n s e r v a n c y S u rve y a n d D e s i g n I n s t i t u t e , B i n z h o u 2 5 6 6 0 0,C h i n a ) Ab s t r a c t :I n o r de r t o s t u d y t h e t h e r mo d y n a mi c p r o p e r t i e s o f h e a
5、 t e d d i s c h a r g e i n t i d a l s e n s i t i v e wa t e r a r e a ,i t u s e d i mp r o v e d ECOMS ED t o s i mu l a t e t i d a l c u iT e n t a n d fl o w r a t e T h e r e s u l t s o f n u me r i c al c a l c u l a t i o n a r e i n g o o d a g r e e me n t wit h t h e t e s t r e s u l
6、 t s By t h r e e d i me n s i o n al n u me ric al s i mu l a - t i o n o n h e a t e d d i s c h a r g e a n d s a l i nit y d i s t r i b u t i o n, t h e c h a r a c t e ris t i c v alu e s o f v e r t ic a l t e mp e r a t u r e a n d s ali n i t y l a y e rin g,a v e r a g e t e mp e r a t u r
7、 e fi e l d an d f o u r t y p i c a l mo me n t s are o b t a i n e d,w h i c h a F e t h e s a l n e wi t h t h e r e g u l a ri t y o f p h y s i c al mo d e l t e s t Th e n u me r i c al mo d e l C an b e t t e r refl e c t t h e t e mp e r a t u r e mi g r a t i o n l a w o f n o n c o n s t a
8、 n t o f t h e s a l t - f r e s h wa t e r i n t e r s e c t i o n Ke y wo r ds :u n s t e a d y flo w;s ali n i t y l a y e ri ng w a t e r a r e a;h e a t e d d i s c h a r g e;p h y s i c a l mo d e l ;t h r e e d i me n s i o n al s i mu l a t i o n 感潮河段水流是潮流和径流相互作用下的非恒定流 , 盐淡 水在此交汇, 若电厂排 出的热水也
9、在此掺混扩散 , 将导致水体 盐度梯度和密度发生变化, 使得感潮河段温排水的水力热力特 性更加复杂。目前有关感潮水域的数值模拟一般是二维的 , 三维数值模拟研究多集中于海域, 且缺乏考虑温度与盐度的相 互影响, 一般仅考虑温排水 。 或者盐水入侵 j 。朱木兰等 J 考虑了温度与盐度的相互影响, 但没有进行温排水 的数值模 拟 。笔 者在 考虑 温度 与盐度 相 互影 响 的情 况下 , 基 于 E C O M S E D对盐度分层水域 电厂表排深取工程的温排水水力热力特 性进行了三维数值模拟, 预测非恒定盐淡水交汇水域的垂向盐 度分层和温度分层、 温排水的温升影响范围及其所携带热量在 水平向
10、和垂向的分布等。 1 物理模型简介 在实验室模拟一长约 8 0 i n的变宽度扭曲水道 , 该水道用 水泥砂浆粗抹面, 其宽度变化范围为 0 52 5 m, 顺直段长约 3 5 0 In、 宽 2 5 m, 底坡 0 1 2 。模型布置见图 1 , 温度测点布 置见图2 。在水道下游设潮流和盐度控制系统模拟海水涨落 , 上游设流量计控制径流量, 和 为潮位测点, C 、 C 2和 G 为流速测点 , s 、 Js 和 s 处设垂向盐度测点和温度测点。表排 深取, 排水流量 8 0 0 L h , 取排水温升 1 0左右。 扭曲 水道 图 1 模型布置 0 5 o 0 l 0 0 0 1 5 0
11、 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 o 0 3 5 0 0 图2 温度测点布置( 单位: c m) 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 8 - 3 0 基金项目: 国家自然科学基金资助项 目( 5 0 6 7 9 0 5 0 ) 。 作者简介: 韩丽娟( 1 9 8 7 一) , 女, 山西长治人, 硕士研究生, 研究方向为水力学 及河流动力学。 通信作者: 田淳( 1 9 6 2 一) , 男, 山西太原人, 副教授, 硕士生导师, 主要从事水力 学及河流动力学方面的研究工作。 E ma i l :t i a n c h u n t y 1 6 3 c o in - 69 人 民
12、黄 河2 0 1 4年第 4期 2 三维温排水数值模型的建立 在物理模型试验的基础上, 笔者基于 B l u m b e r g等 的 E C O MS E D模型三维水动力模块 , 选取物理模型试验 中外海盐 度 S=1 2 、 上游来流为 1 L s 、 平均潮位为 1 3 c m、 潮差为3 6 e m的工况进行潮流场、 盐度场和温度场的数值模拟计算, 并用 试验结果对数值模拟结果进行验证。 2 1 计算区域及网格划分 贾利青 采用矩形网格只对物理模型的直线段进行了模 拟, 笔者取物理模型试验的直线段和弯曲段为计算域, 使模拟 结果更符合实际情况。在水平方向上采用正交 曲线网格 , 横向
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