某电厂温排水数值模拟.doc

某电厂温排水数值模拟何宁 河海大学环境科学与工程学院，南京 (210098) E-mail：chinahening@摘 要：建立了某在建电厂温排水三维数值模型，数值研究了温排水的流场和温度场，发现 温排水对周围水体影响很小，不会对生态带来严重影响数值模拟结果表明用 k-ε 紊流模型 来研究温排水是可行的，可以更为详细的研究其流动和温度变化特点 关键词：温排水；数值模拟；标准 k-ε 模型；温度分布；速度分布电厂温排水排放一直是国内外研究的热点，在电厂设计和建设中，温排水的排放问题一 直是非常关键的问题，一些热电厂(站)采用直流冷却水,冷却后温排水直接排入水体,其废热 污染是主要水污染问题目前，研究此类问题的方法可分为物理模型和数值模拟本文以某 电厂热电站为例,通过数值模拟方法建立温度场预测模型,研究排水口附近表层温水扩散的温 度场、特征流量的温升分布,以及温排水对生态环境的影响为电厂规划提供科学的依据1. 计算模型1.1 几何模型模型进口为 5m×6m，出口为 100m×4.5m，中间为调整水区，防止波浪的产生初始水 温 36.5 度，排水量 8m3/s，排水温升 10 度，水库水位为-8m、泥面-12.5m。

1-1200outlet1outlet2outlet3100m*4.5moutlet4100m*4.5m100m*4.5m 100m*4.5m1000Y800600inlet 5m*6m4002001400 1600 1800 2000 2200 2400X图 1 模型平面图1.2 网格图采用六面体结构化网格作为计算的控制单元，这样可以提高计算速度和精度，拟合性较 好在边界处加密，在温排水影响较小的区域采用粗网格12001000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X图 2 平面网格图ZX Y0-2Z-4-6200400600800100012002600240022002000180016001400图 3 立体网格图1.3 数学模型（1）控制方程本文数值模拟基于标准 k-ε 模型，其控制方程为：∂ρ连续方程：∂t+ ∂∂x j(ρu j ) = 0∂动量方程： (ρu ) +∂ (ρu u ) = − ∂p +∂ (µ ∂ui − ρ u ' u' )i j i i j∂t ∂x j∂xi∂x j∂x j∂(ρ k )∂(ρu j k )∂ ⎡⎛µt ⎞ ∂k ⎤湍动能 k 方程： +∂t ∂x= ∂x ⎢⎜ µ + σ⎟ ∂x⎥ + Gk − ρε∂xj j ⎢⎣⎝k ⎠ j∂(ρε )∂(ρε u )∂ ⎡⎛µ ⎞ ∂ε ⎤ε ε 2j t 湍动能耗散率ε 方程：∂t+ =∂x j⎢⎜ µ +j ⎢⎣⎝⎟σ ∂xε ⎠ j⎥ + C1εσ ∂x⎥⎦Gk − C2ε ρ 能量k k∂(ρT )∂(ρu jT )∂ ⎡⎛ µµt ⎞ ∂T ⎤方程：∂t+ =∂x j⎢⎜j ⎢⎣⎝ r+ ⎟ ⎥T ⎠ j ⎥⎦k t其中： G= µ ∂ui ( ∂ui∂u∂x P+ j )∂u j∂u j∂uiµt = cµρ k 2 / ε雷诺应力采用 Boussinesq 假设可表示为：− ρ u ' u '= − 2 ρ kδ+ µ ( ∂ui∂u+ j )i j 3i , j t∂u j ∂ui方程中各常数值为： cµ = 0.09 、 c1 = 1.44 、 c2 = 1.92 、σ k = 1.0 、σ ε = 1.3 、σ T = 0.9 ~ 1.0 。

2）边界条件1）取排水口边界：排水口为速度入口，设定速度为U 0 ，排水温度为T1 ；取水口为速度 出口，由于取水口尺寸一样，按照排水口的流量计算取水口速度为U1 2）壁面边界条件：采用标准壁面函数和无滑移条件自由水面采用刚盖假定，即在垂向速度为 0，该平面上，速度，湍动能、湍 动能耗散率在垂向变化为 0v = 0 ， ∂u = ∂v = ∂w = ∂k = ∂ε = 03）水面散热条件：∂y ∂y ∂y∂y ∂y自由液面的热变化为：φL = φe + φc + φbrφc − 传导热通量φe − 蒸发散热φbr − 辐射传热设定其传导热通量和蒸发散热综合散热系数为 K ，辐射传热采用辐射模型单独计算3) 参数设置1）排水口流量： Q0= 8m3 / s2）环境水温：T = 36.5C o ，排水温升 10 度3）气温变化为下表Time(h)05101420Temperature( C o )28303538324）散热系数：假设水面以上 2 米空气流速为 3m / s ，可按照文献[1]中图 6-18 查散热系 数得：K = 55W / m2 ⋅o C5）辐射传热：外部辐射率值设为 1，外部辐射温度等于气温。

2. 计算结果分析由于温排水排放最关心的是研究自由水面的温度场和速度场，所以本次模拟仅显示研究 自由水面的温度和速度分布，由于雷诺数不变，所以各种情况的流动状况是相同的，在本次 模拟结果中，给出速度分布，其他图均忽略：（1）t=0h1200 0.02 0.06 0.1 0.14 0.18 0.221000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X（1）速度分布云图12001000Y8006000.124002000.020.041400 1600 1800 2000 2200 2400X（2）速度等值线图12001000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X（3） 速度矢量图1200 310 312 314 316 3181000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X312（4）温度分布云图1000Y8006003174002003163131400 1600 1800 2000 2200 2400X（5）温度等值线图图 4 t=0h 时速度和温度分布（2）t=5h1200 310 312 314 316 3181000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X（1）温度分布云图12001000Y8003103116003133174002001400 1600 1800 2000 2200 2400X（2）温度等值线图图 5 t=5h 时速度和温度分布（3）t=10h1200 311 312 313 314 315 316 317 318 3191000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X316（1）温度分布云图12001000Y8006003184003123112003121400 1600 1800 2000 2200 2400X（2）温度等值线图图 6 t=10h 时速度和温度分布（4）t=14h1200 311 312 313 314 315 316 317 318 3191000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X（1）温度分布云图31112001000Y8006003144002003133133141400 1600 1800 2000 2200 2400X（2）温度等值线图图 7 t=14h 时速度和温度分布（5）t=20h1200 310 312 314 316 3181000Y8006004002001400 1600 1800 2000 2200 2400X（1）温度分布云图12003123111000311Y8006003154003153112003143131400 1600 1800 2000 2200 。