某滨海电厂温排水数值模拟研究.pdf
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1、 第 1 0期 2 0 1 1年 1 0月 广东水利水电 GUANGDONG W ATER RESOURCES AND HYDROPOW ER No 1 0 0e t 20 11 某滨海电厂温排水数值模拟研究 张晓艳 , 倪培桐 , 黄健 东 ( 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, 广 东 广 I 1 5 1 0 6 1 0 ) 摘要: 该文通过建立工程海域平面二维数学模型, 对某滨海电厂不同的取、 排水布置方案进行模拟计算, 分析了温排水在 海域 内输运和扩散规律 以及 电厂在运行期 间其温排放 引起的取 水温升及对 厂址 附近 海域 的影响 ; 根 据工程
2、 海域潮流 运动 特性等优化取排水1 3 布置形式, 经过优化分析提 出了取排水口宜采用差位式布置原理, 并用温排水三维数学模型对优化方 案做 了进一步论证 , 为该电厂取排 水工程 的设 计和环境 影响评 价提供科 学依据 。 关键词 : 数 学模 型 ; 温排水 ; 平面二维 ; 差位式 中图分类号 : T V1 3 7 文献标识 码 : B 文章 编号 : 1 0 0 8一 O 1 1 2 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 1 6 0 4 1 工程海域地形与潮流特性 某电厂处于海南岛西岸 , 位于海南岛中部的琼中南 隆起中低山地 区、 属滨海 台地 , 自然地面高程约为 9 3 3
3、 0 4 m( 8 5国家高程基准 , 下同) 。工 程海域水下地 形等高线与岸线走向一致 , 呈西南 一东北走 向, 水深总 体较深 , 拟建厂址近 区取水 口地形标高在 一 6 O m以内。 电厂规划建设 4 6 5 0 MW 核电机组 , 本期建设 2 6 5 0 M W 核电机组 。电厂冷却水采用直流冷却系统 , 以海水作为 循环冷却水源。 2 0 0 8年在工程海区设置了 1 2条测流垂线 , 对海域 夏 、 冬季大 、 中、 小潮 以及半月潮 流进行 了观测 J 。各 垂线平均的潮流形态数 F值在 2 0 84 1 2之间 , 平均 为 3 2 4, 1 2个测站 F值除冬季 1
4、和 2 测站外均 大于 4 0小 于 2 0, 表明本海域潮流类型基本属不规则全 日 潮流性质。根据本次水文测验 , 落潮实测平均流 向与涨 潮实测平均流向反向的差值一般不足 l 0 。 , 海区潮流基 本呈往复流 。 实测涨 、 落 潮平 均流速 , 夏 季分别 为 0 2 3 m s和 0 2 8 m s , 冬季分别为 0 1 6 m s 和 0 2 4 m s , 落潮流速均 大于涨潮流速。从平 面来看 , 涨 、 落潮水流强度均 以南 部水域为最大, 中部水域次之 , 北部水域相对较弱。从 南部水域到海头港水域 , 涨潮平均流速夏季 由 0 2 8 m s 减至 0 1 8 m s
5、, 冬季 由 0 2 4 m s 减 至 0 1 5 m s ; 落潮平 均流 速 夏 季 由 0 3 5 m s递 减 至 0 2 0 m s , 冬 季 由 0 3 1 m s 递减至 0 1 6 m s , 夏 、 冬 季落潮平均流速梯度 均大于涨潮平均流速梯度 。垂 向上流速呈从表层到底 层逐渐减小的分布趋势 ; 夏季涨潮平均分层流速与各 自 表层 流 速之 比, 自表 至底 为 1 0 0 、 0 9 0 、 0 8 3 、 0 7 7、 0 7 0和 0 5 7 , 落潮平均为 1 0 0、 0 9 7 、 0 9 4 、 0 8 8 、 0 8 2 和 0 6 7 ; 冬季涨潮平
6、均为 1 0 0 、 0 9 0、 0 9 0 、 0 8 9、 0 9 0 和 0 7 7 , 落 潮平 均 为 1 0 0 、 0 9 2 、 0 8 5 、 0 8 0 、 0 7 2和 0 6 1 ; 涨 、 落潮底层流速均为表层流速 的 6 4 。垂线上 流速梯度夏季涨潮大于落潮 , 冬季反之 , 涨潮小于落潮 。 2 平面二维数学模型 正交曲线坐标系下的水流基本方程如下 : 连续方程 : + 姜 ( D u C n ) + 茜 ( D v C ) q ( 1 ) 动量方程 : O u “ a “ O u M O C O C f + + + 一 v 一 簧 + 1 0A 一 1 0咖
7、B ) a “ OV O v IZ V O Cq M OC O t + + + 一 C e C, “ 一 旦 C O r I E 1 0 B 1 叼 0 A)+ T s r l 一 + q v D 式中: 收稿 日期 : 2 0 1 1 0 8 0 9 : 修 回 日期 : 2 0 1 1 0 91 9 作者简介: 张晓艳( 1 9 8 2一) , 女, 硕士, 主要从事水文学及河流海岸工程数值模拟研究。 1 6 ( 3 ) D 2 g ( + + M 一 + 2 0 1 1年 1 0月 第 1 0期 张晓艳 , 等 : 某滨海 电厂温排水数值模拟 研究 荽 ( c + ( c 志 毒 ( c
8、 + ( c D为总水深 ; 为水位 ; 、 叼分别为正交贴体坐标的 纵横向计算 网格方 向; “ 、 分别为沿 、 叼的水流速度分 量 ; C 、 C 为拉梅系数 :2 w s i n 4 为科氏力系数 ( 为 地球 自转角速度 ) ; 、 E 为水平涡粘扩散系数 ; C为谢 才系数 , C = ( h+ ) , n为曼宁系数 ; g为重力加速 度 ; g 为单位面积上的源汇强度 ; 、 分别为源汇节点 周边 、 叼方 向流速 ; 、 丁 分别为 、 叼方 向的表面风应 力项。 温排水运动方程如下 : + 矗 壶 ( D A T u C ) + O ( D A T v C = 去 毒 ( )
9、 0 7 C ) 】 _ +Q ( 4 ) 式 中: T为温升值 ; K s 为水 面综合散热系数 ; C , 为水的 等压 比热 ; , 分别为热扩散系数 ; Q为温排水源项 , 为单位面积上温排水流量与排水温升的乘积。 水面散热是热扩散的重要途径之一, 本次水面综合 散热系数 计 算采 用 工业 循 环水 冷 却 设 计 规 范 ( G B T 5 0 1 0 22 0 0 3 ) 中的统一公式。 本次模型计算 范围较大 , 北面近岸边 界在洋浦 附 近 , 距离西北角点边界约 7 6 k in, 南面近岸边界在东方市 南面约 2 8 k m 的感城镇 , 距离西南 角点边界约 1 1 2
10、 k m, 从西北角点至西南角点的外海开边界长约 1 2 7 k m, 模型 计算范围见图 1 。为了提高计算效率 , 同时又保证工程 区有足够分辨率 , 因此采用变步长矩形 网格对计算范围 进行剖分 , 外海域步长较大 , 最大约为 5 0 0 m; 工程 区步 长小 , 约为 5 0 m。剖分网格数为 4 0 8 X 2 8 6 。 模型采用 2 0 0 8年夏 、 冬季实测大 、 中、 小潮以及半 月潮水文资料作为模型率定资料。根据模型验证情况 , 模型冬 、 夏季各潮型的验证效果较好 , 模拟的潮位 、 流速 和流向过程与实测基本吻合 , 说明数学模型能够较好地 复演工程海域 的潮流特
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