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《海南某滨海核电厂温排水三维数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、海南某滨海核电厂温排水三维数值模拟倪培桐，张晓艳(广东省水利水电科学研究院，广州，510610)摘要：目前工程上广泛应用温排水数值模型多为平面二维模型，但平面二维数值模拟不能完全反映温排水的近区水力、热力效应，同时也不能模拟工程海域的温盐分层环境，制约着平面二维温排水数学模型的成果应用。本文在海南某滨海核电厂温排水研究基础上建立了温排水三维数值模型，并成功应用于工程方案比选。关键词：温排水；三维数值模型前言温排水运动是复杂的水力、热力现象，完善的数学模型需要模拟近、远区紊动要素的影响，反映水体水平、垂向出流
2、掺混，热水回归，反映水面散热影响、水体浮力作用等要素。但由于对环境水体近区、远区的水力、热力特性认识局限，以及数值模拟计算工作量、边界处理、参数选取等原因，三维数值模型仍未在工程实践中广泛应用。目前工程上广泛应用温排水数值模型多为平面二维模型，但平面二维数值模拟不能完全反映温排水的近区水力、热力效应，同时也不能模拟工程海域的温盐分层环境，制约着平面二维温排水数学模型的成果应用。鉴于此，我国多家单位在应用平面二维数值模型对工程问题进行研究的同时，开展了温排放三维数学模型研究[1]2[3][4][5]。本文在对
3、我国海南某滨海核电厂相关课题研究的基础上建立温排水三维数值模型。由于三维温排水数学模型研究仍处于发展阶段，且计算工作量大、计算时间长，本次三维温排水数值模拟重点研究温排水自身作用下的水力、热力特性对不同方案取水温升的影响，为二维数学模型方案比选工作提供支持，为冷却水工程方案优化布置服务。1温排水三维数学模型1.1控制方程（1）潮流方程∂∂∂uvw++=S(1)∂∂∂xyz2∂∂∂∂uuvuwu∂η1∂Pa+++=−−fvg−∂∂∂∂txyz∂xρ∂x0(2)guη∂∂ρ1∂sxx∂sxy∂dz−+
4、+F++υuS∫utsρρz∂∂xhxy∂∂zz∂002∂∂∂∂vuvvwv∂η1∂Pa+++=−−−fug−∂∂∂∂txyz∂yρ∂y0(3)gvη∂∂ρ1∂∂ssyxyy∂dz−++F++υvS∫vtsρρz∂∂yhxy∂∂zz∂0055其中t是时间，x,,yz为笛卡尔坐标，η是水位，d是静水深，hd=+η是总水深，u(x,y,z)、vxyz(,,)、wxyz(,,)是水流速度，f=2sinΩφ是科势力因子，g是重力加速度，ρ(x,y)水体密度，ssss,,,是辐射
5、应力。υ是垂向涡粘系数。P是大气压，ρ是水体参考密度。S点xxxyxyyyta0源源强，u，v点源速度。水平剪切力项ss∂∂∂∂∂uuv∂∂∂uv∂∂vFAA=++2,FA=++2A(4)uv∂∂∂∂xxyyx∂∂x∂∂∂yxy∂x（2）温排水控制方程∂∂∂∂TuTvTwT∂∂Tˆ+++=+FDH++TS(5)Tsν∂∂∂∂txyz∂∂zzD是垂向涡动扩散系数。水平涡粘系数和涡粘扩散系数根据混合长模型确定。Hˆ是水体与ν大气
6、的热交换。T是热源源项。s∂∂∆∂∂TT∆FD=+D(6)Thh∂∂∂∂xxxyAνt其中D=，D=,σ是普朗特数。hνTσσTT1.2边界条件及参数化（1）自由水面边界条件：水面、床面边界流速条件∂∂∂ηηη水面：++−uvw=0，(7)∂∂∂txy∂∂uv1,,=()τsxsτy(8)∂∂zzρν0t22风应力分量：(,)ττ=+Cuvuv(,)(9)sxsydssss（2）床面边界条件：∂∂dduvw++=0，(10)∂∂xy∂∂uv1,,=()
7、τbxτby(11)∂∂zzρν0t5622底部应力分量：(,)ττ=+Cuvuv(,)(12)bxbydbbbb22为自由面高度Ck=max(/ln(z/z),0.0025)，z为底部粗糙度参数。参照以往文献研dab00究经验，取值0.1m。（3）水面热交换根据工业循环冷却水处理设计规范GB50050—95，水面综合散热系数采用全国统一公式计算，2水面综合热扩散系数取为55.0W/(m⋅℃)。（4）垂向紊动掺混参数化垂向涡粘系数由下式计算：2kν=ctµε其中k-为湍流动能（TKE），ε是（TKE）的
8、耗散率。c是常数。利用k-ε模型求解湍流µ动能及耗散率。1.3网格离散与数值方法模型水平方向计算区域被离散为三角形网格。在综合考虑计算速度、研究目的等影响因素，共布置网格单元约9700个、节点约4700个，模型垂向分为15层，对上层水体加密分层，模型采用控制体积法求解,计算范围见图1。三维模型计算的边界为潮位边界条件，由平面二维数学模型提供。图1模型计算范围及网格图(整体与局部)1.4计算潮型由于工程海区夏季小潮
