滨海电厂温排水三维数值模拟研究

第６期　２０１６年６月　广东水利水电　

ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ　ＡＮＤ　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　Ｎｏ．６　

Ｊｕｎ．２０１６　

滨海电厂温排水三维数值模拟研究　

王连接　（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东广州　５１０６６３）　

摘要：针对传统温排水平面二维数学模型的不足，采用三维斜压水流数学模型来模拟温排水的运动，建立了某电厂温　排水工程近区和远区耦合的数学模型，得到了计算域内的三维潮流场与温升场。研究结果表明ＭＩＫＥ３软件能较好的模拟　出实测潮流的流速场。海湾内温排水三维分层现象显著，温排水温升包络范围以表层温升分布为主。　关键词：直流冷却；温排水；三维数值模拟　中图分类号：ＴＶ６７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０ｌ１２（２０１６）０６—０００１—０５　

滨海地区火电厂多采用直流冷却供水系统。大流　量、高热量的废水排人海湾中将引起水体温度的增高，　影响到水生物的生存环境，为此，在采用直流冷却系　统的滨海电厂建设的前期，需要对温排水的影响开展　详细的计算和分析，以在满足环境保护的前提下，优　化取、排水口的工程位置以及减少取排水工程量。　二维数学模型方面，郝瑞霞采用有限体积法求解　二维Ｎ—Ｓ方程组与ＲＮＧ　一占紊流模型给出了感潮河　口温排水的温度场¨Ｊ。严冰采用ＭＩＫＥ　２１　ＦＭ模型对　马来西亚沙巴电厂沿岸往复流海岸温排水进行了数值　模拟，采用非结构化网格，率定了模型参数，建立了　水动力模型，对取排水口不同位置方案进行了数值模　拟预测Ｅ２］。三维数学模型方面，何国建采用斜对角笛　卡尔方法推广应用到河口与海岸温排水三维数值计算　中，采用了ＥＦＤＣ模块的　坐标变换和平面正交曲线　坐标变换，模拟了山东海阳核电厂附近的三维水流运　动情况，结果与实测值拟合较好　Ｊ。彭晓飞利用　ＥＣＯＭＳＥＤ模式建立了大亚湾潮流三维数值模型，在　此基础上对岭澳核电站与大亚湾核电站合排后温排水　的扩散过程进行了数值计算　Ｊ。张继民运用Ｄｅｌｆｔ　３Ｄ　模型对电厂的扩建工程温排水进行了多方案的数值模　拟，提出了合理的排水口布置方式　Ｊ。王明才在某滨　海核电厂温排水研究的基础上建立了温排水三维数值　模型，利用实测水文数据进行模型验证，并成功应用　于工程方案比选　。　平面二维数值模拟不能完全反映温排水的三维水　力热力效应，温排水三维数值模型有必要应用于工程　实践中。目前，针对ＭＩＫＥ３三维数值模拟验证仍比较　少，国内尚未有一个统一应用的商业软件。有鉴于此，　本文利用ＭＩＫＥ３软件建立了某海域水动力场和温度场　预测模型，利用实测水文数据进行模型验证，并将其　用于检验工程方案设计排放效果。　１数学模型　采用斜压浅水方程模拟滨海地区水动力条件，采　用对流扩散方程模拟温度场。　１．１控制方程　

＋　＋　：Ｓ　ｆ　１　１　ａｙ　ｏｚ　

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ｌ　ａｐｏ

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如＋Ｆ　＋　）＋　Ｓ　（２）　＋　０，／３２＋　＋　＝一ｆ－ｔｕ—ｇ　一　一　——＋——＋——＋——＝一　一　０一————一　Ｉ　ａｔ　８ｖ　ａ％　ａｚ　Ｕ　ａＹ　Ｄｎ　８ｖ　ｏｎｋ

等　＋，　＋杀（　）＋　ｓ　（３）　ＯＴ　ＯｕＴ　ＯｖＴ　ＯｗＴ　——＋——＋——＋——　ａｔ　８ｘ　８’　ａｚ　

其中ｔ为时间，　、　为笛卡尔坐标，“　Ｗ为　、ｙ、ｚ三　个方向上的流速分量，Ｔ，Ｓ为温度和盐度，Ｄ　为垂直紊　动扩散系数，胄为和大气热交换产生的源项，Ｓ为点源排　放产生的源相，　和Ｓ　为温度和盐度产生的源相，Ｆ　Ｆ　、　为水平扩散项，Ｄ　为水平扩散系数，＾为水深。　

收稿日期：２０１６～０４—２１：修回日期：２０１６—０６—１５　作者简介：王连接（１９８８），男，硕士，工程师，从事电厂工程设计及流体动力学研究工作。　

Ｓ　＋　自　＋　ｌ●Ｉ，塑　Ｄ，』＿＿ｌ一　＋　ＩＩ　２０１６年６月　第６期　王连接：滨海电厂温排水三维数值模拟研究　１．２　杀什　３个力‘…的流速（／，　，ＩＶ　１，　ｆｌ『｝Ｉ　ｌ『Ｊ　ｆ口底床Ｉ－的边　－　’！　

祭ｆ　Ｉ幻：　－　一　．　ｍ　～ＩＪ】ｌ测站　

１）　Ｉ　Ｉ　表面Ｊ　・　＼　’　＼　‘、、　¨　１，　＼　・ｌ，ｉ、　：　７７　，　一／　

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蛔＋ｆ，　＋　，　：０　ｆ　５　１　ｆ／　ｒ，／　一Ｙ　一’　ｌｌ　

Ｏｚ　）＝　ｌ　、　（６）　…　＿Ｉ、．　，　¨ｌ　ｔ　

２）　底眯　图１某电厂示意图及潮位站布置示意　

（　ｇｌｚ＂磐）　、　．．　（８）　【Ｉｌ　（ｒ、、，７＿　）干¨（，『　，　、）为　ｆ【】’　个方向Ｉ：ｆｌ，３　场　ＪｆｌＩＪ良味　擦力　《Ｉｆ　川　场汁　，　，￣－ｒｌＪ￥　的濉度边界为：　水　ｌ（Ｉ　

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涨两落厂址所　海Ｉ×：潮ｆ　值＿『』【１　Ｉ＇－：　根据ｌ　ａ（２００８　１０川一２０（）９年９月）的潮ｆ　ＩＩＪ』测　资料进行统汁分析　刮』　址桶湖岭站的潮ｆ　特　ｆＩ『＿Ｉ　太１（　为Ｊ９８５　宋Ｉ　基准）　表１　潮汐特征值统计表项目　！ｆ１　湖岭站　项Ｉ１　湖岭站　、ｌ　均潮化／　¨　６８　『　翩化／ｔＩ『ｌ　２７Ｉ　、卜均ｌ　一　ｆ　ＩＩＩ　１４８　玳ｆＩ【潮（ｉＬ／，ｌＩＩ１　一Ｉ　２０　均低潮ｔ　／　ｎ　一９　、ｆ　ｊ，Ｊ涨潮ＪＪ』＿＿　７ｈ０８ｍｉｌｌ　、ｆ　均潮蓐／Ｉ－Ｉ１／　１５６　、ｆ　均落潮ＩＪｊｔ”　６ｈ２Ｏｍｉｎ　漩大潮差　／Ｉ１１　３７２　（ＩＯ）　２．２　汁弹域埂｝Ｉ一钟：　十｝｝　

１．３　湍流十ｊ！　及软件十Ｉ！从　流采川标准　—　Ｊ　水　，　始控制　一　¨门ｆ岛敞，Ｊ‘法采川　．　心的有限体积法　小迎采Ｊｔ　Ｊ　ＭＩＫＥ　３　ＦＭ　Ｉｆｌ水助　Ｊ　块，陔模块水功　Ｊ　块Ｉ—ｆｉ　ｆ‘ｌ　：多种外力￣ｌｌｆｌ５　条什　动下的水流和温　盐分ｆ１ｊ十ｆ　傲ＪＩ　ｌ‘ｌ　：ｒ　ｒ　定的　拟Ｉ≮域ｌＪ、Ｊ的濉度、盐嫂卡ＪＪ　＆ｆｆ场，求ｍ　ｌ　ｆ¨盐　的埘流扩ｆ玫　程式　采川大　热交换Ｊ＿ＪＪ能，　Ｉｆｌ＇ｒｆＩ　没定　ｌＩ【　：、相埘　度％　。　对　数　水义汁　ｒｆ　－Ｉ＜　虑降１：ｌ：『及蒸发、冰　影响　２　工程算例　Ｉ　Ｊ‘的厂‘ｊ１ｌ：ｆ　Ｊ　地川　｝，Ｊ　为：ｌｌ：ｆｌ；２ｌ。３０　４５　、　经ｌｌ　ｌ。３３　０９”（往　ｌ的１．１　ｌ洲站附近）　电　机　冷　却水　海水，采川直流供水系统　

・２・　

木数值惯拟Ｊ｛ｆ，ｊ　域勾以厂‘址　ｒ　ｌ　，ＪＪＪＩｊ　ｌ笥、　Ｊ匕向各６　ｋｍ，离ｆ　６　ｋ　ＪｌＩ的扦边界近　海域　汁钾：　格的　度能反映水　构筑物及｝ｆ｝岸地形刈所研究的细　邴流场和物顷输运的影Ｉ『阳．采川ｔ水平平　Ｊ　…　Ｉｌ　交　恪，最小　饼『岛约ｌ（）０　Ｉｌ１＿垂向按　怀分　ｌ０　Ｊ　，均匀等分　２．３汁算参数．ｑ　ｆ：ｔ　海床糙　系数　『ｆＪ‘依据々¨的ｉＪ｛＝验确定，或依　ＪＩ体的ｘ，Ｊ　象　研究ｌｊ、『　践经验』ＪＩＩ以确定　小数伉　究取为０．０２～０．０２５　．水流涡　性系数，取ｆｆＩｌ－１～　５　ｍ　／ｓ浓发横　扩敞系数，随具体水流　』１：境的变　化，物质扩敞系数　・个较大ｎ０范　ｌＪ、Ｊ变化，小次计　ｌ’：巾Ｄ的取　范　５～ｌ５　ｍ　ｓ　‘虑大　热交换．　温取佰２５℃、川埘　取８８％、　指教取７（）％　小次汁算『ｆｌ　考虑濉　』【　的水密度的变化　

Ｗ　¨Ｆ　规　正　属　海　＾　．　＋　＝　２０１６年６月第６期　广东水利水电　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１６　２．４计算结果　２．４．１潮位验证　图２为大潮和小潮时福湖岭站的计算水位和实测　３　２、　。　。。，　：矗、皇　２　：　９：　一　：　时刻　水位的对比，可以看出工程区潮位站的计算水位，无　论相位或振幅都与实测值有较好吻合。　

々一　１．５一　

．▲一　１毡　＊０．５一Ｏ　

＿０．　！　７：ｏｏ　ｌ７　：０（）９：（）０　。３：Ｏ仃，　ｌ　时刻　

图２福湖岭潮位验证　２．４．２流速、流向验证　选择４个实测流速点对模型进行表层、中层、底　层流速、流向验证，限于篇幅本文选择Ｌ１１测站说明　流速验证情况（见图３）。结果表明：除个别时段外，　

Ｏ３　

鼍０．２　Ｏ．１　Ｏ　９：００　１３：００　１７：ｏｏ　２ｌ：ｏｏ　ｌ：００　５：００　９：００　时刻　小潮位　各站流速、流向的计算值与实测值基本吻合。模型能　反映了工程附近海域的整体流态，模型参数基本合理，　能较好地反映计算水域的原体潮流运动特征，模型计　算流场与原体流场基本相似。　２４Ｏ　・筐　龌ｌ２０　０　９：０ｏ　ｌ３：００　１７：００　２１：００　ｌ：（）０　５：ｏ０　９：（）０　时刻　

大潮流速及流向（Ｌ１１表层）　

９：（）ｏ　１３：００　１７：ｏ（）　２ｌ：００　ｌ：（）ｏ　５：ｏｏ　９：ｏ０　时刻　０３　０．２　丑　姻　Ｏ．ｔ　０　３６０　２４Ｏ　旧　１２０　０　９：ｏｏ　１３：０（）　１７：００　２１：００　ｌ：００　５：００　９：００　时刻　

大潮流速及流向（Ｌ１１中间层）　

９：００　１３：００　１７：００　２ｈ００　ｈ００　５：００　９：００　９：００　１３：０　０　１７：００　２１：００　１：００　５：００　９：００　时刻　时刻　大潮流速及流向（Ｌ１１底层）　图３　Ｌｌ１号测站大潮位流速值验证　

・３・　

３　２　ｌ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　一　菁