專利名稱：選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置及其水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻水取排水技術(shù)領(lǐng)域，具體說，涉及一種選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置及其水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法。
背景技術(shù)：
修建在濱海潮汐水域的核電廠多采用海水直流冷卻方式，對用于核電廠核心部件冷卻的安全廠用水，其取水溫度是影響核電廠安全運行的重要因素，設(shè)計時有閾值限制。受濱海經(jīng)濟開發(fā)和全球氣候變暖的影響，濱海潮汐水域核電廠取水溫度面臨日漸增高的趨勢，尤其異常天氣頻繁出現(xiàn)導(dǎo)致取水溫度存在異常高值的風(fēng)險。濱海潮汐水域核電廠采用海水直流冷卻方式時，核電廠安全廠用水系統(tǒng)通過取水通道將海水引至取水泵房，再由安全廠用水取水泵將水源輸送至板式熱交換器，用于核島內(nèi)重要設(shè)備(如核島主泵等)冷卻，然后通過排水溝管排回大海。正常運行工況下安全廠用水取水溫度有閾值限制，水溫超過閾值時核島內(nèi)主泵等重要設(shè)備得不到正常冷卻，這在正常運行工況下是不允許的。近年來，隨著全球氣候變暖，夏季極端高溫天氣頻發(fā)，海域水溫持續(xù)攀升，存在海域取水溫度高于設(shè)計閾值的可能性，這將會影響電廠正常安全運行。常規(guī)的降低取水溫度的做法是將位于海邊的取水口向深海延伸，以取到更低溫度的海水，但專門針對單機組需水量僅為lm3/s的安全廠用水而延長伸向深海的取水設(shè)施，費效比太低，不如采取其他的輔助措施，如中國專利公開號為201514775U的一種核電廠重要廠用水系統(tǒng)， 公開了解決取水溫度高于設(shè)計閾值的裝置，其技術(shù)措施是在安全廠用水取水通道上增加旁路冷卻系統(tǒng)，內(nèi)設(shè)新的輔助冷卻源，當(dāng)安全廠用水取水溫度高于設(shè)計閾值時，開啟旁路冷卻系統(tǒng)，安全廠用水取水進(jìn)入旁路冷卻系統(tǒng)被冷卻至設(shè)計閾值以下水溫后再回到原有取水通道上供核島內(nèi)重要設(shè)備冷卻使用?，F(xiàn)有技術(shù)中設(shè)置旁路冷卻系統(tǒng)提高了整個生產(chǎn)成本，而且在建造一次投資之外， 旁路冷卻系統(tǒng)運行時還需要耗費額外的電力成本。更為重要的是，旁路冷卻措施的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其自身的運行穩(wěn)定性和安全性保障也是個難題。作為以海水為冷卻水源的核電廠，安全廠用水受潮流往復(fù)運動的影響，取水溫度隨潮波動幅度較大，尤其是在夏季高溫期間，取水溫度在一個潮周內(nèi)可能出現(xiàn)如2°C以上的變幅，存在短時段內(nèi)安全廠用水取水溫度高于設(shè)計閾值的風(fēng)險，旁路冷卻系統(tǒng)會時啟時停，易于造成其運行不穩(wěn)定的問題及其安全性方面的問題。由于正常運行工況下安全廠用水的取水溫度存在上限閾值，在取水通道上采用冷卻系統(tǒng)時，其冷卻能力設(shè)計需要通過典型水文氣象條件下的水溫預(yù)報來確定；在出現(xiàn)持續(xù)極端高溫情況現(xiàn)有冷卻能力可能出現(xiàn)不足時，對安全廠用水取水溫度進(jìn)行提前預(yù)報，讓運行人員有充分時間來作應(yīng)急準(zhǔn)備對確保核電廠安全十分重要，這也需要通過水溫預(yù)報來實現(xiàn)。因此設(shè)計針對極端高溫情況下安全廠用水的取水溫度預(yù)報方法十分必要。現(xiàn)有設(shè)置旁路冷卻系統(tǒng)的技術(shù)中對裝置的冷卻能力及降溫幅值沒能給出精確的計算方法，對出現(xiàn)旁路冷卻系統(tǒng)不能滿足冷卻需求的極端情況也缺乏預(yù)警能力。而現(xiàn)有的冷卻水取水溫度預(yù)報方法只針對附加排放熱源(如電廠自身溫排放等)帶來的循環(huán)水取水溫度升高情況進(jìn)行模擬預(yù)報，所采用的氣象條件為長周期的典型氣象特征值(如季節(jié)平均或月平均的恒定值等)?？煞从硨崟r變化(如逐小時變化等)的氣象條件等對安全廠用水取水溫度影響，預(yù)測不利水文、氣象等條件下安全廠用水取水溫度的實時變化過程的精細(xì)預(yù)報方法還未見報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中安全廠用水水溫峰值過高的缺陷，并克服了增設(shè)旁路冷卻系統(tǒng)時存在的運行穩(wěn)定性和安全性方面的缺陷。技術(shù)方案如下一種選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，包括取水建筑物，還包括蓄水池和拍板門進(jìn)流裝置，所述拍板門進(jìn)流裝置和所述取水建筑物分別設(shè)置在所述蓄水池的兩側(cè)，所述取水建筑物的底部連接有取水涵管。進(jìn)一步，所述蓄水池包括一號蓄水池、斜坡過渡段和二號蓄水池，所述一號蓄水池和所述二號蓄水池之間通過所述斜坡過渡段相連接，所述一號蓄水池的底部設(shè)計高程為低于所述蓄水池正常運行最低水位5 12m ；所述二號蓄水池的底部設(shè)計高程為低于所述一號蓄水池底高程0 : ;所述斜坡過渡段坡度范圍為不大于1 5。進(jìn)一步，所述取水涵管包括一號取水涵管、二號取水涵管、三號取水涵管和四號取水涵管，所述一號取水涵管和二號取水涵管供一臺機組使用；所述三號取水涵管和四號取水涵管供另一臺機組使用，所述取水涵管頭部的頂部設(shè)計高程在蓄水池正常運行最低水位以下4 Ilm之間。進(jìn)一步，所述拍板門進(jìn)流裝置包括一號拍板門進(jìn)流裝置和二號拍板門進(jìn)流裝置， 所述一號拍板門進(jìn)流裝置和所述二號拍板門進(jìn)流裝置各設(shè)置有2個拍板門，所述拍板門進(jìn)流孔口底板高程為拍板門前最低進(jìn)流潮位以下0 ail。進(jìn)一步還包括導(dǎo)墻，所述導(dǎo)墻設(shè)置在所述拍板門進(jìn)流裝置出口附近，所述導(dǎo)墻的挑流方向指向遠(yuǎn)離所述取水建筑物的遠(yuǎn)端，所述導(dǎo)墻為折線形或直線形。本發(fā)明所解決的另一個技術(shù)問題是提供一種水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法，可以精確預(yù)報選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置的降溫效果，可作為建造選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置時提供設(shè)計參數(shù)的技術(shù)手段，并為核電廠在極端高溫情況下運行提供預(yù)警信息。技術(shù)方案如下一種水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法，包括選取三維數(shù)學(xué)模型及求解模式模擬水流運動和水體內(nèi)的物質(zhì)輸運，所述三維數(shù)學(xué)模型包括水流連續(xù)方程、動量方程、溫度輸運方程、紊動輸運方程；選取所述選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置中的所述蓄水池為模擬計算域，所述拍板門進(jìn)流裝置和所述取水建筑物別為進(jìn)、出口控制邊界，在計算域內(nèi)劃分計算網(wǎng)格。選取一定計算時間段tn內(nèi)的氣象條件和水文條件隨時間變化的數(shù)值系列，并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型流場和溫度場求解的輸入邊界條件；確定與所述氣象條件對應(yīng)的計算時間段tn內(nèi)拍板門進(jìn)流口水溫隨時間變化的數(shù)值系列，并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型中溫度場求解的輸入邊界條件；以At為時間步長，從t = 0開始根據(jù)所述三維數(shù)學(xué)模型模擬蓄水池內(nèi)流場和溫度場變化過程；計算拍板門進(jìn)流流量并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型中水流流場求解的邊界條件；根據(jù)所述三維數(shù)學(xué)模型中水流連續(xù)方程、動量方程及紊動輸運方程模擬蓄水池內(nèi)水流流場和水位變化過程；蓄水池水流流場中的計算邊界包括蓄水池入流邊界、出流邊界和蓄水池自由表面邊界；所述入流邊界取所述拍板門進(jìn)流流量，所述出流邊界取核電站安全廠用水取水流量，所述蓄水池自由表面邊界選取蓄水池水表面和所述氣象條件中蒸發(fā)和降雨兩個源項；計算蓄水池水體自由表面熱交換并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型中溫度場求解的輸入條件，所述熱交換數(shù)值計算時所采用的氣象數(shù)據(jù)由所述氣象條件時間系列中插值得到 t時刻的數(shù)值；根據(jù)所述三維數(shù)學(xué)模型中的溫度輸入方程模擬蓄水池內(nèi)的溫度場，得到蓄水池內(nèi)的水溫空間分布和安全廠用水取水溫度變化過程。進(jìn)一步所述三維數(shù)學(xué)模型中所采用的所述氣象和水文條件是隨時間t變化的以時為單位的系列數(shù)值，其值采用歷史已有的極端高溫時間過程或現(xiàn)時的預(yù)報時間過程數(shù)值。進(jìn)一步所述計算時段tn的取值大小，與蓄水池容積和取水流量有關(guān)，為消除蓄水池初始水位和水溫邊界條件的影響，計算時段tn應(yīng)不小于蓄水池內(nèi)水體完成一次交換的時間，且計算時段應(yīng)延續(xù)至比外海極端高水溫持續(xù)天數(shù)長1 2天，至安全廠用水取水溫度達(dá)到峰值為止。進(jìn)一步所述拍板門進(jìn)流口水溫包括外海自然水溫、核電廠周邊海域環(huán)境影響和核電廠自身溫排水引起的外海取水口溫升值。所述拍板門進(jìn)流口水溫中，所述外海自然水溫采用所述氣象條件值對應(yīng)的時間內(nèi)的預(yù)測值或歷史已有典型高水溫時段監(jiān)測值，為以時為單位的隨時間t變化的量，所述核電廠周邊海域環(huán)境影響及核電廠自身溫排水引起的外海取水口溫升值隨時間t變化過程通過海域溫排水?dāng)?shù)模計算給出。進(jìn)一步所述拍板門進(jìn)流為間斷單向由外海向蓄水池進(jìn)流過程，由拍板門進(jìn)流裝置在水壓差作用下自動控制，在拍板門前后水位差大于給定正值時有進(jìn)流，進(jìn)流流量值是隨時間t變化的量，其值由經(jīng)驗公式計算給出，拍板門前后水位差小于或等于給定正值時無進(jìn)流，進(jìn)流流量值為零；拍板門前水位為t時刻實測或預(yù)報的外海潮位扣除取水隧洞內(nèi)水頭損失后的值，拍板門后水位為上一時步計算的蓄水池水位。技術(shù)效果如下1、本發(fā)明采用一套選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置，使作為電廠安全廠用水水源的外部海水經(jīng)過此裝置實現(xiàn)在較高潮位、外海水溫較低時進(jìn)流，進(jìn)一步經(jīng)過較充分的冷熱水摻混、 表面散熱后再輸送到安全廠用水冷卻水取水泵房，這樣所取用到的安全廠用水水溫較之外海進(jìn)流水溫的變化梯度和峰值明顯減小，可實現(xiàn)平抑取水溫度峰值的效果。2、本發(fā)明提供了極端天氣條件下對選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置進(jìn)行水溫數(shù)值模擬預(yù)報的方法，對極端天氣條件下的電廠運行有預(yù)警指導(dǎo)作用，以往未見有此類方法應(yīng)用于安全廠用水取水溫度預(yù)警。通過建立數(shù)學(xué)模型，輸入氣象水文參數(shù)，可以預(yù)報使用該系統(tǒng)裝置后安全廠用水水溫峰值的降低幅值，為建造選擇性平抑水溫裝置提供設(shè)計參數(shù)。3、本發(fā)明基于安全廠用水取水流量小、供水安全性要求高的特點，在安全廠用水輸水系統(tǒng)中設(shè)置一套主要由拍板門和蓄水池組合而成的選擇性進(jìn)流、平抑水溫裝置，不需要增設(shè)新的冷卻設(shè)施，利用系統(tǒng)內(nèi)水體自身流動、摻混和散熱影響等特性，削減外海來流水溫波動，并延遲海域高溫水體進(jìn)入取水泵房的時間，即通過水溫削峰和錯峰達(dá)到降低安全廠用水取水溫度峰值的目的。4、本發(fā)明具有較好的費效比。主要投資為建造蓄水池和拍板門裝置的一次性投入，結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠性高，運行時基本不需要額外耗費電力等成本，運行成本低，具有良好的安全性與經(jīng)濟效益。5、本發(fā)明采用拍板門進(jìn)流裝置有選擇性間斷向蓄水池供水，并阻斷蓄水池內(nèi)水體向外海回流，蓄水池水流不會出現(xiàn)隨潮往復(fù)運動現(xiàn)象，水溫變化平緩，不隨外海水溫發(fā)生劇烈的隨潮波動，有效削減外海海水隨潮波動產(chǎn)生的水溫峰值對蓄水池水溫的影響。采用拍板門裝置只在高潮位時進(jìn)水，在夏季有利于取到高潮位、水深較大時溫度相對低的海水，降低進(jìn)入蓄水池的熱量。6、本發(fā)明的蓄水池具有較大的容量與適宜的形狀、面積。與核電廠安全廠用水取水流量相適應(yīng)，滿足蓄水池水體的最短交換時長大于極端高溫天氣持續(xù)天數(shù)，如5天以上。 所設(shè)計的蓄水池能夠通過水體在蓄水池內(nèi)沿程摻混、稀釋以及散熱效應(yīng)，有效地削減進(jìn)入蓄水池的外海高溫水體對安全廠用水取水溫度峰值的影響，延遲安全廠用水取水溫度峰值出現(xiàn)時間，并降低由于極端持續(xù)高溫天氣造成的水溫高峰，起到平抑水溫的作用。7、本發(fā)明的蓄水池內(nèi)具有足夠的水深形成穩(wěn)定的水溫分層。拍板門進(jìn)入蓄水池的 “熱水”(相對蓄水池內(nèi)水體水溫而言)會在溫差浮力作用下上浮到表層散熱，進(jìn)入蓄水池的“冷水”則下潛到底層，始終保持較冷的水先到達(dá)蓄水池底層。安全廠用水取水涵管高度接近蓄水池底高程，取用蓄水池底層的冷水，進(jìn)一步降低取水溫度。8、本發(fā)明的蓄水池內(nèi)拍板門出口側(cè)設(shè)置導(dǎo)墻將進(jìn)入蓄水池的水流挑向遠(yuǎn)離安全廠用水取水建筑物的遠(yuǎn)端水域，充分利蓄水池面積摻混和散熱。9、本發(fā)明預(yù)報方法采用以時為單位的氣象水文時間系列數(shù)據(jù)，精細(xì)模擬蓄水池內(nèi)的溫度場和安全廠用水取水溫度，其精度可達(dá)到0. 2°C，可以精確預(yù)報選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置的降溫效果。10、本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中安全廠用水水溫峰值過高的缺陷，并克服了增設(shè)旁路冷卻系統(tǒng)時存在的運行穩(wěn)定性和安全性方面的缺陷。對選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置進(jìn)行水溫數(shù)值模擬預(yù)報的方法可以精確預(yù)報選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置的降溫效果，可作為建造選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置時提供設(shè)計參數(shù)的技術(shù)手段，并為核電廠在極端高溫情況下運行提
供預(yù)警信息。


圖1是本發(fā)明中選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置的取水溫度曲線圖；圖4是本發(fā)明中選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置的水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法的流程圖5是本發(fā)明中應(yīng)用水溫預(yù)報方法計算的蓄水池水位與實測水位變化過程對比圖；圖6是圖1中蓄水池內(nèi)固定點1上水溫預(yù)報方法計算的水溫值與實測水溫變化過程對比圖；圖7是圖1中蓄水池內(nèi)固定點2上水溫預(yù)報方法計算的水溫值與實測水溫變化過程對比圖；圖8是本發(fā)明中水溫預(yù)報方法計算的安全廠用水取水溫度與實測取水溫度變化過程對比圖；圖9是本發(fā)明中水溫預(yù)報方法的歷史極端氣象條件下水溫變化折線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)說明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明中，選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置包括蓄水池5、拍板門進(jìn)流裝置和取水建筑物6，拍板門進(jìn)流裝置和取水建筑物6分別設(shè)置在蓄水池5的不同側(cè)部， 取水涵管連接在取水建筑物的底部。蓄水池5包括一號蓄水池12、斜坡過渡段14和二號蓄水池13。蓄水池5正常運行時的水面下容積滿足拍板門不進(jìn)流，安全廠用水取水時蓄水池內(nèi)水體的交換時長大于一般極端高溫持續(xù)時間，如3天，交換時長上限值為電廠設(shè)計采用的最長極端高溫持續(xù)時間， 如7天。本優(yōu)選實施例中，蓄水池5正常水位運行時有效庫容滿足蓄水池水體的最短交換期時長為5天。一號蓄水池12的底部設(shè)計高程要保證蓄水池5內(nèi)的水體有足夠的深度形成穩(wěn)定的水溫分層，底層水溫受太陽輻射影響日變化較小，其底部高程設(shè)計范圍一般可在蓄水池正常運行最低水位以下5m Urn之間，即滿足水深在5m Urn之間，其深度下限值可根據(jù)水面冷卻池設(shè)計中的深、淺型冷卻池判別標(biāo)準(zhǔn)取深、淺池型之間的分界值來確定，深度上限值根據(jù)太陽輻射熱的穿透厚度來確定。二號蓄水池13的底部設(shè)計高程低于一號蓄水池0 : 以滿足取水涵管高程布置需求。一號蓄水池12和二號蓄水池13之間通過斜坡過渡段14相連接，過渡段的坡度應(yīng)不大于1 5以保證一號蓄水池12和二號蓄水池13 之間水流均勻過渡。本優(yōu)選實施例中，一號蓄水池底部設(shè)計高程在蓄水池正常運行最低水位以下5. 5m，二號蓄水池底部設(shè)計高程低于1號蓄水池2m，一號蓄水池和二號蓄水池之間的斜坡過渡段坡度為1:5。取水建筑物6設(shè)置在二號蓄水池13的側(cè)部，為了保證取水水質(zhì)，取水建筑物6還放置有加氯設(shè)備和清污設(shè)備。取水涵管連接在取水建筑物6的底部，取水涵管包括一號取水涵管7、二號取水涵管8、三號取水涵管9和四號取水涵管10，一號取水涵管7和二號取水涵管8—備一用，供一臺機組使用；三號取水涵管9和四號取水涵管10—備一用，供另一臺機組使用，正常運行工況下每臺機組的取水流量為lm3/s。取水涵管頭部的設(shè)計高程以實現(xiàn)取用蓄水池5底層低溫水體為準(zhǔn)，取水涵管頭部的頂部設(shè)計高程一般應(yīng)位于蓄水池正常運行最低水位以下4 Ilm范圍，此設(shè)計高程設(shè)計還需滿足取水涵管的尺寸和淹沒深度要求。 取水涵管的設(shè)計尺寸以保證進(jìn)流流速不超過30cm，淹沒深度不小于1. 5倍設(shè)計洞徑，取水涵管頭部的底板高程需高于其連接的蓄水池底部高程0. 5 an作為備淤深度。本優(yōu)選實施例中，取水涵管頭部的頂部設(shè)計高程低于蓄水池正常運行最低水位細(xì)，其底板高程高于二號蓄水池底部設(shè)計高程1. 5m。在一號蓄水池12的側(cè)部且與取水建筑物6相對處設(shè)置有拍板門進(jìn)流裝置，拍板門進(jìn)流裝置包括一號拍板門進(jìn)流裝置3和二號拍板門進(jìn)流裝置4，一號拍板門進(jìn)流裝置3和二號拍板門進(jìn)流裝置4各設(shè)置有2個拍板門，均是一備一用。拍板門進(jìn)流孔口的底板設(shè)計高程可位于設(shè)計的拍板門前正常運行最低進(jìn)流潮位以下0 2m，使拍板門為淹沒進(jìn)流以降低水頭損失，并盡可能使進(jìn)流位于偏上層水體內(nèi)，減小對蓄水池內(nèi)水溫分層的破壞。本優(yōu)選實施例中，拍板門進(jìn)流孔口的底板設(shè)計高程與設(shè)計的拍板門前正常運行最低進(jìn)流潮位相等。拍板門為單向間斷進(jìn)流，只有當(dāng)外海水位高于蓄水池5水位一定程度時，海水才能克服拍板門門體自重進(jìn)入蓄水池5，潮位較低時拍板門門體關(guān)閉，蓄水池5內(nèi)水體不外流。在一號蓄水池12中的拍板門進(jìn)流裝置出口附近，設(shè)置有導(dǎo)墻11，導(dǎo)墻11的作用是將進(jìn)入蓄水池的水體挑向遠(yuǎn)離取水建筑物6的遠(yuǎn)端，使水體從拍板門進(jìn)流裝置進(jìn)入蓄水池5到流入取水涵管的距離足夠遠(yuǎn)，充分利用蓄水池5的所有水面積進(jìn)行散熱和摻混。本優(yōu)選實施例中，導(dǎo)墻11為折線形。為了將外海海水輸送至拍板門進(jìn)流口前，還設(shè)置有輸水建筑物與拍板門進(jìn)流裝置相連接，本優(yōu)選實施例中，輸水建筑物為取水隧洞，包括一號取水隧洞1和二號取水隧洞 2，一號取水隧洞1與一號拍板門進(jìn)流裝置3相連接，二號取水隧洞2與二號拍板門進(jìn)流裝置4相連接。如圖3所示，是本發(fā)明中潮汐水域核電廠選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置的取水溫度曲線圖。圖3中實線為外海取水口水溫，虛線為安全廠用水取水溫度，應(yīng)用了本發(fā)明中潮汐水域核電廠選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置后，可以看出外海取水口水溫雖然有明顯的起伏，但是安全廠用水取水溫度一直是平穩(wěn)的，避免了極端天氣狀況下，安全廠用水取水溫度隨外海取水口水溫波動的問題。同時，安全廠用水取水溫度的峰值比外海取水口水溫明顯要低，出現(xiàn)時間上也滯后2天，說明在氣溫持續(xù)上升期間，安全廠用水取水溫“錯峰”和“削峰”的效果十分顯著。如圖4所示，是本發(fā)明中水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法的流程圖；水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法包括以下步驟1、選取三維數(shù)學(xué)模型；在平面曲線正交、垂向可伸縮坐標(biāo)系及Boussinesq和垂向靜水壓力假定下的三維水動力學(xué)方程組，三維水動力學(xué)方程組包括連續(xù)方程、動量方程、溫度輸運方程和紊動輸運方程，三維水動力學(xué)方程組如下連續(xù)方程
_2] NO , gKH , dimyHv) , 5(mw)_Q
dtdxdydz式中u、ν、w為三個坐標(biāo)方向的流速，χ、y、ζ分別表示變化后的坐標(biāo)，由于采用了 σ坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，因此轉(zhuǎn)換后ζ = (z*+h) / ( ζ +h)
ζ*和W*為系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前的物理量，"h和ζ分別表示的是物理邊界中河床(海床)和自由水面的高程，對應(yīng)在σ坐標(biāo)系統(tǒng)中為ζ = 0和ζ = l，mx、my為平面正交曲線坐標(biāo)變換后的拉梅系數(shù)，m = mxmy, H為總水深，H = h+ ζ。動量方程
權(quán)利要求
1.一種選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，包括取水建筑物，其特征在于，還包括蓄水池和拍板門進(jìn)流裝置，所述拍板門進(jìn)流裝置和所述取水建筑物分別設(shè)置在所述蓄水池的兩側(cè)，所述取水建筑物的底部連接有取水涵管。
2.如權(quán)利要求1所述的選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，其特征在于，所述蓄水池包括一號蓄水池、斜坡過渡段和二號蓄水池，所述一號蓄水池和所述二號蓄水池之間通過所述斜坡過渡段相連接，所述一號蓄水池的底部設(shè)計高程為低于所述蓄水池正常運行最低水位5 12m ；所述二號蓄水池的底部設(shè)計高程為低于所述一號蓄水池底高程0 : ；所述斜坡過渡段坡度范圍為不大于1 5。
3.如權(quán)利要求1所述的選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，其特征在于，所述取水涵管包括一號取水涵管、二號取水涵管、三號取水涵管和四號取水涵管，所述一號取水涵管和二號取水涵管供一臺機組使用；所述三號取水涵管和四號取水涵管供另一臺機組使用，所述取水涵管頭部的頂部設(shè)計高程在蓄水池正常運行最低水位以下4 Ilm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，其特征在于，所述拍板門進(jìn)流裝置包括一號拍板門進(jìn)流裝置和二號拍板門進(jìn)流裝置，所述一號拍板門進(jìn)流裝置和所述二號拍板門進(jìn)流裝置各設(shè)置有2個拍板門，所述拍板門進(jìn)流孔口底板高程為拍板門前最低進(jìn)流潮位以下0 an。
5.如權(quán)利要求1所述的選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，其特征在于還包括導(dǎo)墻，所述導(dǎo)墻設(shè)置在所述拍板門進(jìn)流裝置出口附近，所述導(dǎo)墻的挑流方向指向遠(yuǎn)離所述取水建筑物的遠(yuǎn)端，所述導(dǎo)墻為折線形或直線形。
6.一種水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法，包括選取三維數(shù)學(xué)模型及求解模式模擬水流運動和水體內(nèi)的物質(zhì)輸運，所述三維數(shù)學(xué)模型包括水流連續(xù)方程、動量方程、溫度輸運方程、紊動輸運方程；選取選擇性進(jìn)流平抑水溫裝置中的蓄水池為模擬計算域，拍板門進(jìn)流裝置和取水建筑物別為進(jìn)、出口控制邊界，在計算域內(nèi)劃分計算網(wǎng)格。選取一定計算時間段tn內(nèi)的氣象條件和水文條件隨時間變化的數(shù)值系列，并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型流場和溫度場求解的輸入邊界條件；確定與所述氣象條件對應(yīng)的計算時間段tn內(nèi)拍板門進(jìn)流口水溫隨時間變化的數(shù)值系列，并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型中溫度場求解的輸入邊界條件；以At為時間步長，從t = 0開始根據(jù)所述三維數(shù)學(xué)模型模擬蓄水池內(nèi)流場和溫度場變化過程；計算拍板門進(jìn)流流量并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型中水流流場求解的邊界條件；根據(jù)所述三維數(shù)學(xué)模型中水流連續(xù)方程、動量方程及紊動輸運方程模擬蓄水池內(nèi)水流流場和水位變化過程；蓄水池水流流場的計算邊界包括蓄水池入流邊界、出流邊界和蓄水池自由表面邊界；所述入流邊界取所述拍板門進(jìn)流流量，所述出流邊界取核電站安全廠用水取水流量，所述蓄水池自由表面邊界選取蓄水池水表面和所述氣象條件中蒸發(fā)和降雨兩個源項；計算蓄水池水體自由表面熱交換并將其作為所述三維數(shù)學(xué)模型中溫度場求解的輸入條件，所述熱交換數(shù)值計算時所采用的氣象數(shù)據(jù)由所述氣象條件時間系列中插值得到t時刻的數(shù)值；根據(jù)所述三維數(shù)學(xué)模型中的溫度輸入方程模擬蓄水池內(nèi)的溫度場，得到蓄水池內(nèi)的水溫空間分布和安全廠用水取水溫度變化過程。
7.如權(quán)利要求6所述的水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法，其特征在于所述三維數(shù)學(xué)模型中所采用的所述氣象和水文條件是隨時間t變化的以時為單位的系列數(shù)值，其值采用歷史已有的極端高溫時間過程或現(xiàn)時的預(yù)報時間過程數(shù)值。
8.如權(quán)利要求6所述的水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法，其特征在于所述計算時段tn的取值大小，與蓄水池容積和取水流量有關(guān)，為消除蓄水池初始水位和水溫邊界條件的影響，計算時段tn應(yīng)不小于蓄水池內(nèi)水體完成一次交換的時間，且計算時段應(yīng)延續(xù)至比極端高水溫持續(xù)天數(shù)長1 2天，至安全廠用水取水溫度達(dá)到峰值為止。
9.如權(quán)利要求6所述的水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法，其特征在于所述拍板門進(jìn)流口水溫包括外海自然水溫、核電廠周邊海域環(huán)境影響和核電廠自身溫排水引起的外海取水口溫升值。所述拍板門進(jìn)流口水溫中，所述外海自然水溫采用所述計算時間段tn內(nèi)的時間系列過程值，所述核電廠周邊海域環(huán)境影響及核電廠自身溫排水引起的外海取水口溫升值隨時間t變化過程通過海域溫排水?dāng)?shù)模計算給出。
10.如權(quán)利要求6所述的水溫數(shù)值模擬預(yù)報方法，其特征在于所述拍板門進(jìn)流為間斷單向由外海向蓄水池進(jìn)流過程，由拍板門進(jìn)流裝置在水壓差作用下自動控制，在拍板門前后水位差大于給定正值時有進(jìn)流，進(jìn)流流量值是隨時間t變化的量，其值由經(jīng)驗公式計算給出，拍板門前后水位差小于或等于給定正值時無進(jìn)流，進(jìn)流流量值為零；拍板門前水位為 t時刻實測或預(yù)報的外海潮位扣除取水隧洞內(nèi)水頭損失后的值，拍板門后水位為上一時步計算的蓄水池水位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種選擇性進(jìn)流水溫平抑裝置，包括蓄水池、拍板門進(jìn)流裝置和取水建筑物，拍板門進(jìn)流裝置和取水建筑物分別設(shè)置在蓄水池的兩側(cè)，取水建筑物的底部連接有取水涵管。本發(fā)明還公開了一種水溫數(shù)值模擬預(yù)報的方法。采用本發(fā)明，使作為電廠安全廠用水水源的外部海水經(jīng)過此裝置實現(xiàn)在較高潮位、外海水溫較低時進(jìn)流，進(jìn)一步經(jīng)過較充分的冷熱水摻混、表面散熱后再輸送到安全廠用水冷卻水取水泵房，這樣所取用到的安全廠用水取水溫度較之外海取水口水溫的變化梯度和峰值明顯減小，可實現(xiàn)平抑取水溫度高峰值的效果，還可以預(yù)報使用該系統(tǒng)裝置后安全廠用水水溫的降低幅值，為建造選擇性平抑水溫裝置提供設(shè)計參數(shù)。
文檔編號E02B1/02GK102359146SQ20111022631
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者呂志鋒, 崔方水, 張強, 梁洪華, 王云峰, 申彥鋒, 白瑋, 秦曉, 紀(jì)平, 袁玨, 陳小莉, 韋松余, 顧磊 申請人:中國核電工程有限公司, 中國水利水電科學(xué)研究院, 江蘇核電有限公司