大型水库水温结构及取水口前流场研究

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1、？矣乂審束ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博±学位论文—级学科水利工程：学科专业；水力及河流动学作者姓名；型：：兰高学平指导教师：天津大学研究生院２０１５年４月吗独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标往巧致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果．，也不包含为获得天津大学或其化教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明井表

2、示了谢意。学位论文作者签名签字曰期：年《月日＾Ｉ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可功将学位论义的全部或部分内容编入有关数据犀进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、茫编Ｗ供查阅和借巧。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁蟲。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）＇学位论文作者签名导师签名：、Ｇ心（：年签字日期月ｆ日签字日期：Ｓ年月日Ｉ大型水库水温结构及取水口前流场研究StudyontheFlowFieldneartheIntakeandThermalSt

3、ructuresinLargeReservoirs一级学科：水利工程学科专业：水力学及河流动力学研究生：李广宁指导教师：高学平天津大学建筑工程学院二零一五年四月摘要高坝大库的修建形成了大面积的停滞水域，加之太阳辐射等作用，水库内水体温度沿水深分层。下泄低温水将对农业灌溉和下游水生生态系统产生不利影响。为控制下泄水温，水电站分层取水的方式正逐渐被采用。理解和掌握水库水温分层结构的形成和变化规律，是研究取水口前流场和下泄水温的基础。取水口前流场又与下泄水温息息相关,系统研究温度分层水库取水口前流场，对指导分层取水取水口的设计及运行，以达到良好的控制下泄水温的效果是至关重要的。本文首先利

4、用EFDC对某水库水温结构形成过程进行研究。然后，通过PIV流场测量试验系统，进行取水口前分层流动规律与流动机理的试验研究。最后，通过编写FLUENT边界条件，建立数学模型，进一步分析水温分布、取水口中心淹没深度和下泄流量对取水口前流场的影响。本文的主要研究内容及成果包括以下几个方面：（1）阐述了水库水温分层结构的形成机理、低温下泄水的危害、减免下泄低温水影响的相应措施以及常见的分层取水形式。对水库水温分层规律和下泄水温的研究方法进行归类总结。（2）利用ASTERGDEM数据获得某水库数字地形，以EFDC模型为基础，参考类似工程水温数学模型选定相关参数，建立该水库立面二维数学模型，

5、对水库水温分层结构形成过程进行模拟。水库表层水体温度，不但呈现出季节性的变化规律，而且日间变化也十分明显；底层水体则比较稳定，仅仅随季节更替稍有变化。（3）按照光谱能量分布与太阳光谱能量分布保持一致原则，选择镝灯来模拟太阳辐射。通过镝灯对水面进行照射，对垂向水温结构进行测量，以观察人工辐射光源对水面下水体的加热效果，探索相关水面热交换下水温结构形成过程的试验方法。（4）将“水温试验相似理论”和PIV技术相结合，研制了专门的PIV流场测量试验系统，以三种典型水库水温分布为背景，改变取水口中心淹没深度进行不同组合，对取水口前流场进行试验研究，总结规律。（5）通过FLUENT的自定义函数

6、功能，编写了库内水温分布和水密度随温度变化关系等边界条件，建立了适用于温度分层水库取水口前流场计算的数学模型，并得到试验数据的验证。针对在水温均一和三个典型月份水库水温分布，四个取水口中心淹没深度，三种下泄流量的工况进行了数值模拟。对水温分布、取水口中心淹没深度和下泄流量等因素对取水口前流场的影响进行了分析，总结了温度分层水库取水口前的流场规律。分析了取水口前流场与下泄水温的响应关系。关键词：水库水温结构；分层取水；取水口前流场；下泄水温；试验研究；数值模拟ABSTRACTAlargeareaofwaterfieldisformedafterareservoirisbuilt.Be

7、causeofsolarradiationandotherfactors,thetemperatureinalargereservoirisseriouslystratifiedseasonally.Temperaturestratificationmakesthetemperatureofreleasedwaterkeeplower.Thereleasedlowertemperaturewatercancausenegativeeffectonirrigationa