潮汐水域流速場和溫度場的數值模擬研究.docx

1、第36卷第3期太原理工大學學報Vol.36No.32005年5月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYMay2005文章編號：10079432（2005）03-023503潮汐水域流速場和溫度場的數值模擬研究郝瑞霞，齊偉，李海香，林樹彪（太原理T大學水利科學與工程學院.山西太原030024）摘要：姑合物建:的深圳前灣電廠冷卻水工程實際，時電廠溫排水排入附近海域的流速場和溫度場進行了平面二維數值模擬。將流速和潮位的計算結果與實測資料進行了分析比較.二者吻合良好.在此基址上，對電廠溫排水的溫度影響范圍及取水溫升進行了數值模擬預報，為工程設計和環(huán)境評價提供了依據

2、。關鍵詞：潮汐水域；二雄枚依模擬$流速場,溫度場中圖分類號:TV137文獻標識碼：A近年來大型電廠相繼在沿海地區(qū)建立起來。電廠冷卻水工程采用表面冷卻方式，將向周圍水環(huán)境中排放大量的廢熱。如何合理地進行取排水工程布置.使電廠取到低溫水，是廠方必須考慮的問題；同時，大量廢熱水排入附近水域所引起的水環(huán)境問題也不能忽視。對以上兩方面進行研究的基礎是對受納水域溫度場和流速場的定量描述。研究此類問題多采用物理模型試驗或數值計算兩種方法，而數值計算以費用低、速度快、易改變條件等優(yōu)點越來越多被采用。1數學模型1.1基本方程從不可壓縮流體運動的基本方程出發(fā)，忽略物理量沿水深方向的變化.將其沿水深方向積分，即求得

3、深度平均的平面二維水流運動方程。連續(xù)性方程：奕+3（乩）.3（Hu）_ndidy運動方程：IduI9$r示+"+石房-乃_壽+£&（HE，爵）+云（*房），w+"云+P=_gE+'"_號妃打+gf+££（HE,案）+云（H哈）.深度平均的熱傳輸方程：3T,3T.3T13/口“3T.,布+“破+，夜=百商*,靛）+13T（脈3T、K,T有反（HK，夜）一卻T=知+£丁=丁'一丁5rw=r.cos*r,y=rsin0,r,=式中：/=2a>sinW,C=-R'6；為從平均水面n算起的水面高度

4、；外為從平均水面算起的水體深度；H為水深“為時間平為水的密度；p.為空氣的密度；g為重力加速度；w為風速"為地球自轉角速度；W為當地緯度；Cd為與風速有關的系數；r,為表面風應力為表面風應力在方向分力；為水深平均流速為坐標；K,K,為廣義熱擴散系數；E,E,為廣義渦黏性系數；K,為水面散熱系數；C為定壓比熱；丁為水體超溫；廣為水體溫度；丁”為自然水溫。1.2定解條件初始條件以（1,0）=u（xy）»«（1,3,0）=v（j：ty）,£（,、,0）=&（z,y）.1.2.1 邊界條件陸地邊界條件:采用滑移條件，即v=0,潮間收稠日期：200411-

5、08基金項目：山西省自然科學基金資助項目（20021022）作者簡介：郝瑞1T1965-）,女,山西源源以人.副教授.博士,主要從事水力學、環(huán)境流體力學等方面的教學和科研工作.<Tel（Email）HaoRuiXia何236太原理工大學學報第36卷帶采用動邊界模擬處理；溫度為絕熱條件，茶=0、潮流水邊界：給出變化過程，即9（1，'“）=&Z）,其潮位過程由實測資料推求。流速、溫度采用基于對流的外延插值法獲得。取排水口邊界：速度和溫度由取排水流量和熱量守恒推出。1.3計算方法數值計算采用分步雜交法。該方法采用三角形網格系統(tǒng)，將計算的每一時間步長分

6、成兩步進行。前半步采用特征線法，主要考慮對流效應；后半步采用集中質量的有限元法，主要考慮擴散效應。首先計算該水域的流速場，并驗證其正確性，在此基礎上進行各種取排水工況下溫度場的模擬計算。1.4參數選取根據多個冷卻水工程數值模擬實踐經驗和該海域的特點EJ,計算參數選取如下：糙率系數=0.02；水面散熱系數K、=48W/m2V：；r義渦黏性系數E,=E,=5m2/s；廣義熱擴散系數Kx=Ky=530m2/s.2流場驗證2.1工程簡介深圳前灣燃機電廠將建在珠江口大鏟島上，與媽灣電廠隔水相望，在其上游4km處。電廠本期裝機3X350MW,冷卻水度23.4n?/s,規(guī)劃裝機6X35OMW,冷卻水量46.

7、8m'/s,溫升均按8*C考慮。同時考慮媽灣電廠裝機容量6X300MW,冷卻水量72m3/s,溫升8*C.2.2驗證資料驗證數據來源于2002年7月11日一8月12日對該電廠臨近海域的多點全潮同步觀測資料。綜合水文觀測參考文獻4,5。2.3計算細節(jié)根據工程要求，模擬海域為內伶仃洋大鏟島附近海域，縱向長度約32km,計算域覆蓋面積約450kn?.采用能適應天然不規(guī)則邊界的三角形計算網格，并根據不同的地形情況、水流條件和工程布置要求使網格疏密程度不同。全域采用數值計算網格單元5436個。計算結點2869個，計算網格最小垂線長度為100m.2.4驗證結果及分析根據實測大中小潮進行了潮流的計算

8、，并與計算區(qū)域中的2個潮位測站和8個流速測站的實測資料進行了比較。限于篇幅，文中僅給出了前灣站大小潮位變化過程線（見圖1）和5號測點（電廠附近）的流速和流向過程線（見圖2）,及大潮漲急時的瞬時流速場（見圖3）.計算結果表明：1）計算所得潮位過程和實際吻合良好。時例7月19日II：00至7月20Q1I:00）圖】計鼻潮位過程線與實測值的比較2）計算結果顯示前灣電廠附近水域的流動基本上為往復流動,潮流規(guī)律也與文獻5,6中描述一致。3）計算所得各流速測點的流速及流向和實測趨勢一致。3溫度場計算結果與分析限于篇幅，文中只介紹方案比較階段的研究成果。在方案比較階段，計算針對兩個取排水方案（I為西南排東取

9、，II為西南取東排），對大中小三種實測潮型進行了電廠裝機容量為6X350MW情況下的溫排水計算，同時考慮已建媽灣電廠的裝機容量,共6組。其中方案I大小潮的全潮最大溫升包絡面積圖見圖4,圖5.計算結果表明：1）溫度分布規(guī)律主要取決于環(huán)境水域流場的分布與變化。漲潮時，從排水口排出的熱水隨漲潮流沿磯石水道流向上游；落潮時，從排水口排出的熱水隨落潮流向東南流往下游深水區(qū)。郝瑞霞等：潮汐水域流速場和溫度場的數值模擬研究237ns12實值:酎何（7月12日10：00£7H13B10：00）2-a大潮2-b小潮圖4全潮大溫升等值敏包絡面積（大潮）S5全潮大溫升等值線包絡面積（小潮）圖2計算流速與實

10、測流速的比較2）計算水域溫度場為長條形分布，大小潮相比，大潮水流流速大，熱量輸移遠.其形狀窄而長。3）方案的不同只影響排水口近區(qū)小范圍，對溫升面積的影響很小，特別是低溫面積。4）整體上各方案平均取水溫升不大于0.7P,最高溫升不大于1.5T。方案I略優(yōu)于方案U，瞬時約低0.3V.5）各工況全潮最大溫升i.or等值線未與媽灣電廠貫通,0.5V等值線抵達媽灣電廠。4結論1）本文所采用的數學模型可用于大范圍水域冷卻水工程的潮流和熱量輸移計算。2）前灣電廠附近水域水流條件良好，對熱量的稀釋、輸移和擴散能力較強，熱量不易集中。（下轉第245頁）仲肖清等:MATPOWER在電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流實時電價中的應用

11、245TheApplicationofMatpowerinCalculatingSpotPriceofPowerSystemwithOptimalPowerFlowHANGXiao-qing.XlAOYu,ZHANGHai-yan(CollegeofElectrical&PoiverEngineeringofTUTTaiyuan030024tChina)Abstract:MatpowerisapackageofMatlabfilesforsolvingpowerflowandoptimalpowerflowproblems.Accordingtothetheoryofspotprice

12、andtherelationbetweenspotpricingmodelsandtheoptimalpowerflow(OPF),thispaperdiscusseshowmatpowercanbeusedforcalculatingspotpriceofpowersystemwithoptimalpowerflow.ThenumericalresultsofIEEE14-bustestsystemaregiventodemonstratethefeasibility.Keywords：matpower；optimalpowerflow；spotprice(編輯：賈麗紅)（上接第237頁）參

13、考文獻：1 吳江航.計算流體力學的理論、方法和應用M.北京：科學出版社,1988.2 柴方昆.珠海電廠冷卻水工程數值研究報告R.北京：中國水利水電科學研究院.1992.3 李瑞生.都瑞疫.湛江奧里油發(fā)電廠冷卻水工程平而二維數值模擬研究報告R.中國：中國水利水電科學研究院.2002.4 國家海洋局南海T程勘察中心.廣東前灣電廠夏季全潮水文測驗分析報告一圖表集R.2002.5 國家海洋局南海工程勘察中心.廣東前灣電廠夏季全潮水文測驗分析報告R.2002.ResearchofNumericalSimulationofFlowVelocityFieldandTemperatureFieldandIts

14、ApplicationinProjectHAORui-xia,Qlwei,LIHai-xiang,LINShu-biao(.CollegeofHydraulicEngineeringofTUT,Taiyuan030024,China)Abstract:AccordingtothecoolingwaterprojectofQianwanPowerStation,thetwo-dimensionalplanenumericalsimulationresearchinflowvelocityfieldandtemperaturefieldofthewaterspacewherethermaleffluentisdrainedwasdone.Comparingcalculationresultofvelocityandtidalphasewiththerealdata,theyaremergedwell.Andonthebases*numericalpredictionabouttemp