火力发电厂循环水排水明渠水流数值模拟研究分析实例

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1、火力发电厂循环水排水明渠水流数值模拟研究分析实例（中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司广西南宁53000刀摘要:考虑到排水明渠与虹吸井可能受出水口波浪影响，按浪涌对出水口附近水位波动的最不利情况进行排水明渠水流计算，以确定排水明渠与虹吸井高程相关参数及分析排水明渠内水流状态。关键词:明渠浪涌水流数模分析1.水文资料电厂海域潮汐特征值如下（基面采用平均海平面MSL）：最低潮位「1.70m；最高潮位：2.50m；水尺零点：-2.35m。从潮位过程图线看最大潮差小于3m,半日潮显著。小潮期全日潮成分强，一天只出现一次涨、落。定点进行了波浪观测。测量期间最大波高1.08m,对应周期1

2、5秒；有效波高0.328m,周期5.06秒；平均波高0.202m,周期3.57秒。常浪向为E向,占33.72%；SE向浪占25.78%；S向浪12.78%；SW向浪点8.59%；EN向浪8.07%；少量波浪来自西北和西向。2.工程概况木工程规模为2×110MW燃煤发电机组，采用海水冷却直流循环水系统，正常设计工况为一机两泵，单台循环水泵流量为3.2m3/so凝汽器冷却水进入虹吸井后，先经过一段暗沟，再汇入排水明渠，最终由排岀口排入大海。暗沟断面为边长2m正方形，每台机组对应一座虹吸井，虹吸井垠顶标高2.95m,垠上水头3.95m,共有两条暗沟接入明渠，两台机组共用1座排

3、水明渠。木工程设计总排水流量为12.8m3/s（46080m3/h）o设计高水位1.7m（MSL,下同），常水位±0.0m,设计低水位-1.7m,洪水位2.50m。根据排水流量和暗沟截面积计算知，暗沟内平均流速可达1.6m/So明渠长约500m，其中有一拐弯。拐角往入海口段长约423m。除了明渠首、尾端有局部放宽段外，沿程基本为矩形断面，底宽4m,底坡1.6‰,明渠内平均流速可达1.43m/So考虑到排水明渠与虹吸井可能受出水口波浪影响，按浪涌对出水口附近水位波动的最不利情况进行排水明渠水流计算，以确定排水明渠与虹吸井高程相关参数及分析排水明渠内水流状态

4、。1.计算要求排水渠与虹吸井连接暗沟岀水可能受波浪影响，设计部门为确定虹吸井相关高程参数需要进行排水渠水流计算。按最不利情况进行计算，确定波浪对暗沟出水口附近水位波动情况。2.计算方案波浪在明渠中的传播受到水流流速和明渠壁面（包括底部）影响，拐弯处还将有反射影响。波浪进入明渠吋往往还需要考虑入射方向的差别，由于缺乏有效的验证资料，采用常规波浪模型计算吋参数难以准确取值。拟采用水流数学模型进行波动水位和明渠出流的模拟计算，明渠入海口采用强迫波动水位控制计算。虹吸井暗沟入汇时，如遇波浪引起水面抬高，其岀流会减缓，相应地虹吸井内的水位会有抬高，从而增强后续吋段内的出流能力。拟采用短管水力

5、计算暗沟入汇流量。明渠入海口强迫波动水位采用余弦波控制，振幅取最大波高1.08m,周期15秒，波动中水位取设计高水位1.70m及洪水位2.50mo3.平面二维潮流数学模型选用正交曲线坐标系下的平面二维潮流数学模型进行模拟计算。5.1数学模型的方程及算法5.1.1基本方程正交曲线坐标系下的水流基本方程如下：5.1.3数值计算方法微分方程离散时，吋间采用前差分格式，空间采用交错网格的中心差分格式。数值求解采用ADI法，该方法的网格剖分、差分格式及算法已被录入《海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程》。二维数值计算采用ADI法，把一个吋间步长分成两步进行，前半步隐式计算方向流速分量及潮位，显式计

6、算方向流速分量；后半步隐式计算方向流速分量及潮位，显式计算方向流速分量。该方法理论成熟、计算效率高、稳定性好，在工程数值模拟计算中得到了广泛应用。5.2数学模型范围及参数处理5.2.1计算范围确定及网格剖分取整个排水明渠段为计算域，网格剖分采用变步长技术，使横向步长小于纵向步长，计算网格数441×112,空间步长介于0.33m^lm，网格示意图如下。5.2.4其它参数紊动粘性系数，该参数取值在一定范围内均可以获得良好结果，与网格步长及当地潮流特性有关，采用Smagorinsky公式⑵计算，使其随网格尺度及水流动力强弱自动调整，避免紊动扩散项过大引起流场失真又能增强模型稳

7、定性。模型主要计算参数见下表■模型参数采用表。1.计算成果分析排水渠沿程标高取设计值，计算域地形示意见下图：计算表明，即使排水渠口门处水位波动程为实测最大波高连续作用,其波动影响也不能传达虹吸井岀水位置。渠口波幅1.08m的强迫波动在往渠内传播时，受沿程阻力损耗及外排冷却水的顶冲综合作用，波动过程不能传播到渠道拐弯位置。从沿程波动幅度衰减示意图可见，自渠口进入渠道后，以渠口收缩段前波动幅度有所减小，在收缩段波幅可增加到1.20m左右，传达距渠口300m吋，最大波动幅度