濱海電廠溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明濱海電廠溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)方法屬于環(huán)境工程領(lǐng) 域，尤其是一種在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)濱海電廠溫排放區(qū)散熱特征進(jìn)行模擬并獲得表面散熱系數(shù)的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)隨著濱海核電站、火電站的興建，電廠溫排水排入近岸海域，使得海洋熱污 染問題逐漸突出，同時(shí)電廠取排水布置的合理與否也決定著電廠投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。目前， 比較成熟的用于熱（核）電廠溫排水的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、物理模型試驗(yàn)和數(shù) 值模擬計(jì)算。數(shù)值模擬方法以其成本低、周期短而倍受電廠建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位青睞，目前 通常在電廠初可、可研宄階段基本上是通過溫排水?dāng)?shù)值模擬方法來(lái)進(jìn)行電廠取排水口優(yōu)化 的。在預(yù)測(cè)溫排水輸移擴(kuò)散的方法中，由于濱海電廠基本位于水深較淺的沿岸，溫排水二維 模型能較好地反映溫排水的平流、擴(kuò)散和累積等效果，能模擬計(jì)算水面熱量損失的影響，理 論基礎(chǔ)和計(jì)算方法相對(duì)成熟，工程應(yīng)用中最為普遍。
[0003] 用海水冷卻的濱海電廠只要發(fā)電機(jī)組不停止運(yùn)行，溫排水則一刻不停地將大量余 熱排入受納水體，使得受納水域局部水溫升高、水質(zhì)產(chǎn)生變化、水中生物的生長(zhǎng)受到影響， 如果情況繼續(xù)惡化，可從根本上、整體上改變水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，我國(guó)目前尚未制 定明確的溫排水監(jiān)管規(guī)定和接受準(zhǔn)則，我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002)和《海 水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)對(duì)溫排水引起的溫升作了限值規(guī)定，對(duì)于擬建的用海水冷卻的 濱海電廠，如何準(zhǔn)確的模擬預(yù)測(cè)將要建設(shè)的電廠溫排水影響范圍則顯得至關(guān)重要，除了要 對(duì)擬建電廠附近海域水動(dòng)力狀況較為準(zhǔn)確的模擬外，對(duì)溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型及相關(guān)參數(shù)的較為 合理的選取對(duì)溫排水的計(jì)算結(jié)果影響極為重大。目前常用水面綜合散熱系數(shù)取值主要是參 考國(guó)內(nèi)外學(xué)者在實(shí)驗(yàn)室中獲取的經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，在工程實(shí)踐中，管理和建設(shè)、設(shè)計(jì)部 門比較觀注不同季節(jié)長(zhǎng)期水文氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征值下溫排水影響范圍，選取的經(jīng)驗(yàn)公式和 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)是否符合電廠附近的實(shí)際水文氣象關(guān)系則很難核實(shí)，對(duì)決定溫排水計(jì)算結(jié)果正確 與否的水面綜合散熱系數(shù)的取值是否合理、與擬建電廠的水文氣象條件是否適宜的相關(guān)研 宄則顯得非常薄弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種在室內(nèi)獲取溫排水表面散熱系數(shù)的方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有溫 排水表面散熱系數(shù)獲取方法的經(jīng)驗(yàn)性不足。
[0005] 具體而言本方法包括以下步驟：
[0006] 1、收集研宄區(qū)域附近的長(zhǎng)期觀測(cè)海洋水文、氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括：多年月平均海水 水溫、多年月平均氣溫、多年月平均風(fēng)速；
[0007] 2、設(shè)置實(shí)驗(yàn)邊界條件，將1中獲取的海洋水文、氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)表 面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)置；
[0008] 將實(shí)驗(yàn)條件按時(shí)間段分為冬季（12月1日-次年2月29日），夏季（7月1日~9 月30日）；
[0009] 當(dāng)實(shí)驗(yàn)為冬季條件時(shí)，選擇多年月平均海水水溫中最低值，作為室內(nèi)溫排水表面 散熱系數(shù)觀測(cè)裝置中被測(cè)水體的本底水溫值，將相應(yīng)月份的多年月平均氣溫值和多年月平 均風(fēng)速值作為室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè)裝置的氣溫和風(fēng)速設(shè)定值；
[0010]當(dāng)實(shí)驗(yàn)為夏季條件時(shí)，選擇多年月平均海水水溫中最高值，作為室內(nèi)溫排水表面 散熱系數(shù)觀測(cè)裝置中被測(cè)水體的本底水溫值，將相應(yīng)月份的多年月平均氣溫值和多年月平 均風(fēng)速值作為室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè)裝置的氣溫和風(fēng)速設(shè)定值；
[0011] 3、設(shè)置實(shí)驗(yàn)初始條件，對(duì)溫降觀測(cè)箱進(jìn)行充水操作；
[0012] 所述的充水操作是指：
[0013] 當(dāng)實(shí)驗(yàn)為冬季條件時(shí)，在溫降觀測(cè)箱充入比本底水溫高12~15攝氏度的水，充水 量達(dá)到箱內(nèi)水深55cm ;
[0014] 當(dāng)實(shí)驗(yàn)為夏季條件時(shí)，在溫降觀測(cè)箱充入比本底水溫高8~10攝氏度的水，充水 量達(dá)到箱內(nèi)水深55cm ;
[0015] 4、進(jìn)行溫降過程模擬，測(cè)量溫降觀測(cè)箱中實(shí)驗(yàn)水體的溫降過程；
[0016] 室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè)裝置啟動(dòng)運(yùn)行，通過小型氣象站測(cè)量溫降觀測(cè)箱附 近的氣溫值、風(fēng)速值和濕度值，將測(cè)得值反饋進(jìn)入計(jì)算機(jī)對(duì)室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè) 裝置中的溫度調(diào)節(jié)器、風(fēng)速調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，直到小型氣象站測(cè)得值滿足 實(shí)驗(yàn)邊界條件，其中溫差小于±0. 5°C，風(fēng)速差小于5% ;
[0017] 觀測(cè)時(shí)間設(shè)置為6~13h，其中高精度連續(xù)自記水溫計(jì)采樣頻率設(shè)置為7次/s測(cè) 溫；高精度連續(xù)自記水溫計(jì)采樣所得數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間平均，平均時(shí)長(zhǎng)為Is ;將8個(gè)高精度連續(xù) 自記水溫計(jì)時(shí)間平均后數(shù)據(jù)按照體積加權(quán)法進(jìn)行空間平均；
[0018] 5、利用4測(cè)得的溫降過程解算測(cè)量時(shí)段內(nèi)的溫排水表面散熱系數(shù)序列；
[0019] 利用公另
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 濱海電廠溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)方法，其特征在于包含以下步 驟： 1) 收集研宄區(qū)域附近的長(zhǎng)期觀測(cè)海洋水文、氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括：多年月平均海水水 溫、多年月平均氣溫、多年月平均風(fēng)速； 2) 設(shè)置實(shí)驗(yàn)邊界條件，將1中獲取的海洋水文、氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)表面散 熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)置； 3) 將實(shí)驗(yàn)條件按時(shí)間段分為冬季12月1日-次年2月29日，夏季7月1日~9月30 曰； 當(dāng)實(shí)驗(yàn)為冬季條件時(shí)，選擇多年月平均海水水溫中最低值，作為室內(nèi)溫排水表面散熱 系數(shù)觀測(cè)裝置中被測(cè)水體的本底水溫值，將相應(yīng)月份的多年月平均氣溫值和多年月平均風(fēng) 速值作為室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè)裝置的氣溫和風(fēng)速設(shè)定值； 當(dāng)實(shí)驗(yàn)為夏季條件時(shí)，選擇多年月平均海水水溫中最高值，作為室內(nèi)溫排水表面散熱 系數(shù)觀測(cè)裝置中被測(cè)水體的本底水溫值，將相應(yīng)月份的多年月平均氣溫值和多年月平均風(fēng) 速值作為室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè)裝置的氣溫和風(fēng)速設(shè)定值； 4) 設(shè)置實(shí)驗(yàn)初始條件，對(duì)溫降觀測(cè)箱進(jìn)行充水操作；所述的充水操作是指： 當(dāng)實(shí)驗(yàn)為冬季條件時(shí)，在溫降觀測(cè)箱充入比本底水溫高12~15攝氏度的水，充水量達(dá) 到箱內(nèi)水深55cm ;當(dāng)實(shí)驗(yàn)為夏季條件時(shí)，在溫降觀測(cè)箱充入比本底水溫高8~10攝氏度的 水，充水量達(dá)到箱內(nèi)水深55cm ; 5) 進(jìn)行溫降過程模擬，測(cè)量溫降觀測(cè)箱中實(shí)驗(yàn)水體的溫降過程； 室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè)裝置啟動(dòng)運(yùn)行，通過小型氣象站測(cè)量溫降觀測(cè)箱附近的 氣溫值、風(fēng)速值和濕度值，將測(cè)得值反饋進(jìn)入計(jì)算機(jī)對(duì)室內(nèi)溫排水表面散熱系數(shù)觀測(cè)裝置 中的溫度調(diào)節(jié)器、風(fēng)速調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，直到小型氣象站測(cè)得值滿足實(shí)驗(yàn) 邊界條件，其中溫差小于±0. 5°C，風(fēng)速差小于5% ; 觀測(cè)時(shí)間設(shè)置為6~13h，其中高精度連續(xù)自記水溫計(jì)采樣頻率設(shè)置為7次/s測(cè)溫； 高精度連續(xù)自記水溫計(jì)采樣所得數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間平均，平均時(shí)長(zhǎng)為Is ;將8個(gè)高精度連續(xù)自 記水溫計(jì)時(shí)間平均后數(shù)據(jù)按照體積加權(quán)法進(jìn)行空間平均； 6) 利用4)測(cè)得的溫降過程解算測(cè)量時(shí)段內(nèi)的溫排水表面散熱系數(shù)序列；利用公式 ks 解算測(cè)量時(shí)段內(nèi)的溫排水表面散熱系數(shù)序列。 AtTn
2. 表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置包括：模擬環(huán)境箱、水溫溫降觀測(cè)箱、前整流器、后整 流器、風(fēng)速調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器、空氣摻混器、空氣混流空腔、絕熱外殼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：所述的模擬環(huán) 境箱除頂面以外5個(gè)面為6cm厚絕熱材料，其中上游支撐墻內(nèi)側(cè)固定前整流器，下游支撐墻 內(nèi)側(cè)固定后整流器；所述的模擬環(huán)境箱頂面為具有真空層的透明玻璃窗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：所述的前整流 器為鋁合金風(fēng)孔組，前整流器整體尺寸為I. 6m (寬）X I. 2m (高）X 0. 30m (深），單個(gè)風(fēng)孔尺 寸為0.1 OmXO. ImXO. 30m ;所述的后整流器與前整流器相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：所述的水溫溫 降觀測(cè)箱包括：箱體、8個(gè)高精度連續(xù)自記水溫計(jì)； 所述的箱體為絕熱材料制作，內(nèi)徑尺寸為118. 4X46. 4X58cm3(長(zhǎng)寬高），所述的絕熱 材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于〇. 〇〇6WAmK); 所述的8個(gè)高精度連續(xù)自記水溫計(jì)固定箱體長(zhǎng)邊兩段，每端固定4個(gè)，間距16cm，最下 一個(gè)與箱底接近，最上一個(gè)與箱口接近；所述的箱體底面外側(cè)四角設(shè)置調(diào)平螺栓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：所述的風(fēng)速調(diào) 節(jié)器為四個(gè)無(wú)級(jí)變速風(fēng)扇，風(fēng)扇直徑〇. 62m，左右兩側(cè)風(fēng)扇轉(zhuǎn)向相反，左側(cè)為順時(shí)針，右側(cè)為 逆時(shí)針，風(fēng)速方向相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：所述的溫 度調(diào)節(jié)器包括空調(diào)器和熱交換格柵，空調(diào)器在熱交換格柵頂部，熱交換格柵總尺寸為 I. 6m(寬）X I. 6m(高）X0. 35m(深），單個(gè)格柵孔尺寸為 0· IOmXO. IOmXO. 35m ; 所述的濕度調(diào)節(jié)器包括加濕器、導(dǎo)濕管、噴口，所述的導(dǎo)濕管直接連在加濕器上，導(dǎo)濕 管沿?zé)峤粨Q格柵垂直布置，在每個(gè)熱交換格柵孔中部開橫向噴口，第一噴口直徑為2mm，噴 口尺寸自上而下每個(gè)遞增1mm，到最下一個(gè)噴口直徑為18mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：所述的空氣摻 混器為一徑向風(fēng)扇，風(fēng)扇為四葉片，葉片平行于轉(zhuǎn)軸，單葉片長(zhǎng)0. 667m，寬0. 381m，厚5cm， 經(jīng)過葉片的空氣只會(huì)在垂向斷面內(nèi)被摻混，不會(huì)在軸向改變速度；葉片外周設(shè)置半徑71cm 的風(fēng)圈。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：所述的空氣混 流空腔為絕熱外殼與模擬環(huán)境箱的下游支撐墻所圍成的腔體，從空氣摻混器處吹來(lái)的空氣 在空氣混流空腔里進(jìn)一步摻混，然后進(jìn)入后整流器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置，其特征在于：在其中空氣的 流動(dòng)路徑為：前整流器、水溫溫降觀測(cè)箱、后整流器、風(fēng)速調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器、 空氣摻混器、空氣混流空腔。
【專利摘要】本發(fā)明濱海電廠溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)方法屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，尤其是一種在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)濱海電廠溫排放區(qū)散熱特征進(jìn)行模擬并獲得表面散熱系數(shù)的方法。具體包括：收集研水文、氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)邊界條件，設(shè)置實(shí)驗(yàn)初始條件，進(jìn)行溫降過程模擬，解算測(cè)量時(shí)段內(nèi)的溫排水表面散熱系數(shù)序列；表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置包括：模擬環(huán)境箱、水溫溫降觀測(cè)箱、前整流器、后整流器、風(fēng)速調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器、空氣摻混器、空氣混流空腔、絕熱外殼。本發(fā)明的有益效果在于提供了一種實(shí)測(cè)表面散熱系數(shù)的方法；同時(shí)提供了表面散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)裝置。
【IPC分類】G01N25-20
【公開號(hào)】CN104730107
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510187900
【發(fā)明人】遲萬(wàn)清, 胡澤建, 劉建強(qiáng), 熊叢博, 張永強(qiáng), 邊淑華, 李霞
【申請(qǐng)人】國(guó)家海洋局第一海洋研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月18日