陳小莉,張海文,趙懿珺
(中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)
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濱海核電廠深水溫排放近遠(yuǎn)區(qū)動(dòng)態(tài)耦合模擬*
陳小莉,張海文,趙懿珺
(中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)
濱?;?、核電廠溫排水引起的環(huán)境問(wèn)題廣受關(guān)注,數(shù)學(xué)模型是評(píng)價(jià)溫排水影響的重要手段,而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有溫排水?dāng)?shù)值計(jì)算模型的近區(qū)模擬失真問(wèn)題尚未很好解決。我們引入近區(qū)射流模型(Corjet)與遠(yuǎn)區(qū)數(shù)學(xué)模型(Delft3D)耦合模擬技術(shù),采用分散匯流(DESA)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)射流摻混卷吸效應(yīng)的模擬,通過(guò)模型交叉調(diào)用實(shí)現(xiàn)近遠(yuǎn)區(qū)動(dòng)態(tài)耦合。將耦合方法應(yīng)用于工程案例,并與以往常用的遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明近遠(yuǎn)區(qū)分散匯流耦合方法能夠更合理地反映深水排放的浮力效應(yīng),模擬的垂向溫度分布及溫升影響范圍與物理模型趨勢(shì)更為接近,能有效提高高溫升區(qū)模擬精度,該模擬方法具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
近區(qū);遠(yuǎn)區(qū);溫排水;浮射流;耦合模型;深水排放
溫排水引起的局部海域水溫升高是濱海火、核電廠面臨的重要環(huán)境問(wèn)題。為減少近岸海域污染,我國(guó)濱海核電廠溫排水近年來(lái)由明渠近岸排放逐漸向暗涵深水排放發(fā)展。溫排水排放水域水溫易出現(xiàn)三維分層特征[1],相比明渠近岸排放,離岸深水排放近區(qū)呈現(xiàn)更明顯的三維浮射流特征,其垂向摻混稀釋對(duì)溫排水平面擴(kuò)散范圍的影響更為顯著。以往采用的大范圍二維和分層三維數(shù)學(xué)模型側(cè)重模擬大范圍海域溫排水隨流輸移擴(kuò)散過(guò)程,對(duì)近區(qū)的三維特性反映存在失真,一般需要與物理模型試驗(yàn)結(jié)合使用[2]。對(duì)深水排放,垂向稀釋程度和范圍加大,近區(qū)失真對(duì)遠(yuǎn)區(qū)模擬精度的影響相比明渠排放會(huì)更明顯,提高近區(qū)模擬精度成為迫待解決的問(wèn)題。
實(shí)際工程中溫排水排放口近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)由于水動(dòng)力時(shí)間過(guò)程和空間尺度相差均較大,要在同一模型中同時(shí)兼顧近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)模擬十分困難[3]。目前全三維k-ε模型用于單獨(dú)模擬近區(qū)浮射流[4-5]亦或河道環(huán)境流三維輸運(yùn)[6-7]均已較成熟,但采用一套網(wǎng)格和模型同時(shí)模擬近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)水動(dòng)力還未見(jiàn)研究報(bào)導(dǎo),目前采用多重嵌套網(wǎng)格同時(shí)模擬近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)還處于探索階段[8],其主要問(wèn)題是近遠(yuǎn)區(qū)交界面處網(wǎng)格尺度是突變的,耦合精度和穩(wěn)定性較差。目前國(guó)外實(shí)際應(yīng)用中采用最多的是近區(qū)模型計(jì)算結(jié)果以源項(xiàng)形式和遠(yuǎn)區(qū)耦合,以改善遠(yuǎn)區(qū)模型的模擬精度。Zhang和Adams[3]研究了近區(qū)RSB模型和遠(yuǎn)區(qū)ECOMsi模型的耦合,按近區(qū)射流最終高度處稀釋度給入遠(yuǎn)區(qū)物質(zhì)通量源項(xiàng),這種做法網(wǎng)格尺度的影響較大,模型未進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證及應(yīng)用。Bleninger[9]提出了將Cormix計(jì)算的近區(qū)射流最終上升高度處稀釋后的射流流量和物質(zhì)通量添加到遠(yuǎn)區(qū)Delft3D模型網(wǎng)格上實(shí)現(xiàn)耦合的方法,其缺點(diǎn)是水流質(zhì)量不守恒。Choik和Lee[10]提出了近遠(yuǎn)區(qū)分散匯流方法,簡(jiǎn)稱DESA(Distributed Entrainment Sink Approach),該方法考慮浮射流沿程的卷吸效應(yīng),在驗(yàn)證中近區(qū)采用Visjet模型,遠(yuǎn)區(qū)采用EFDC模型,用實(shí)驗(yàn)水槽資料進(jìn)行了驗(yàn)證。Morelissen等[11]提出了針對(duì)潮汐水域近區(qū)Cormix模型、遠(yuǎn)區(qū)Delft3D動(dòng)態(tài)耦合模擬方法,流量耦合采用DESA方法,耦合位置選在表面浮力主導(dǎo)區(qū)末端,過(guò)渡區(qū)采用Cormix求解,由于近區(qū)模型在觸頂后的表面擴(kuò)散段精度有限,這種方法還未被廣泛采用。Botelho等[12]采用近區(qū)精細(xì)三維數(shù)學(xué)模型和遠(yuǎn)區(qū)FV模型耦合,流量耦合在整個(gè)近區(qū)計(jì)算范圍內(nèi)進(jìn)行,遠(yuǎn)區(qū)模型中未考慮卷吸效應(yīng),計(jì)算的出流濃度偏低。目前耦合模型的研究對(duì)于耦合位置、源項(xiàng)耦合方法等還未形成統(tǒng)一明確認(rèn)識(shí),針對(duì)海水淡化排污水和市政污水排海工程等密度差較大的模擬研究較多,對(duì)電廠溫排水的適用性還有待實(shí)際工程應(yīng)用中進(jìn)一步檢驗(yàn)。
在前人研究基礎(chǔ)上,我們建立了近區(qū)Corjet和遠(yuǎn)區(qū)Delft3D動(dòng)態(tài)耦合的模型,針對(duì)電廠溫排水初始動(dòng)量大,密度差小的特點(diǎn),選取射流觸頂段為耦合位置,流量耦合采用DESA方法,以某濱海核電廠址為例,開(kāi)展了與使用遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法的對(duì)比模擬研究,以探究耦合方法的有效性。
1.1 近區(qū)模型
本研究在近區(qū)浮射流段采用Corjet射流積分模型,該模型通過(guò)求解無(wú)限水域內(nèi)射流積分方程得到射流軌跡以及沿程稀釋度。對(duì)單噴口出流,近區(qū)模型較容易得到沿程稀釋度分布;對(duì)多噴口出流,由于每個(gè)噴口在初始出流時(shí)有各自的軌跡線,經(jīng)過(guò)一段距離后又存在相互交叉影響,近區(qū)模擬一般有兩種處理方法:一種是忽略射流未相互交叉段,將出流等效為線源出流,適用于動(dòng)量小、密度差大的情況[12-13];另一種方法是將多噴口排放等效為互不干擾的若干單噴口出流疊加處理,保證出流流量、動(dòng)量和浮力不變(Choik和Lee[10])。溫排水屬于弱浮力射流,本文采用后一種處理方法。Corjet模型是基于恒定環(huán)境流條件的積分模型,潮汐水域潮流場(chǎng)是隨時(shí)間變化的,在進(jìn)行近區(qū)求解時(shí)需要近似處理。斯特羅哈數(shù)是反映非恒定流特性的參數(shù),天然海域潮流的ST數(shù)一般在10-4量級(jí)。因此,可以將潮流進(jìn)行分段準(zhǔn)恒定假設(shè),在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)針對(duì)排放口附近環(huán)境流速、水深和密度垂向分布進(jìn)行近區(qū)求解。
1.2 遠(yuǎn)區(qū)數(shù)學(xué)模型
遠(yuǎn)區(qū)水流及溫度場(chǎng)模擬采用Delft3D-Flow模型,該模型可以實(shí)現(xiàn)三維水動(dòng)力(包括溫鹽)模擬。模型基于Boussinesq和垂向靜水壓力假定,浮力在重力項(xiàng)中反映,垂向擴(kuò)散系數(shù)采用k-ε模型計(jì)算,通過(guò)水的狀態(tài)方程計(jì)算溫鹽差引起的密度差,通過(guò)表面熱通量或綜合散熱公式計(jì)算水體表面熱交換通量。Delft3D模型提供了貼體曲面四邊形網(wǎng)格生成系統(tǒng),可以較好地?cái)M合復(fù)雜岸線,在垂向上使用σ網(wǎng)格系統(tǒng),模型變量布置在交錯(cuò)網(wǎng)格上,數(shù)值離散采用有限差分格式,求解采用ADI方法,其模型方程及求解方法詳見(jiàn)Delft3D-Flow模型手冊(cè)[14]。我國(guó)在20世紀(jì)80年代引入該模型,在求解污水排放遠(yuǎn)區(qū)大范圍影響方面取得了廣泛應(yīng)用[15-18],出流源項(xiàng)一般以點(diǎn)源輸入計(jì)算模型。
1.3 近遠(yuǎn)區(qū)源項(xiàng)耦合方法
采用近遠(yuǎn)區(qū)源項(xiàng)耦合方法,遠(yuǎn)區(qū)模型的模擬范圍與單獨(dú)使用遠(yuǎn)區(qū)模型是一致的,為整個(gè)計(jì)算域,近區(qū)模型通過(guò)局部射流計(jì)算得到濃度沿射流軌跡分布,根據(jù)此分布得到經(jīng)過(guò)初始稀釋后的射流流量和污染物濃度,在射流最大上升高度處以源項(xiàng)形式代入遠(yuǎn)區(qū)數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行計(jì)算。電廠溫排水與環(huán)境水體的相對(duì)密度差一般僅約0.002,排水流量為10~100 m3/s量級(jí),相對(duì)密度差比海水淡化和市政排海工程小1~2個(gè)量級(jí),排水流量則高出1~2個(gè)量級(jí),出流動(dòng)量的影響比浮力更顯著,耦合位置主要考慮出流動(dòng)量和環(huán)境流主要影響的分界,選在浮射流觸頂段,如圖1所示。源項(xiàng)耦合采用DESA方法(Choik和Lee[10]),該方法除了將浮射流按照稀釋后的濃度在最大上升高度處以源項(xiàng)形式代入遠(yuǎn)區(qū)模型外,還利用“源匯對(duì)”巧妙反映了浮射流的沿程卷吸效應(yīng)。具體做法是,根據(jù)浮射流在上升過(guò)程中以匯的形式卷吸周圍環(huán)境水體,在上升至環(huán)境水體表面時(shí)以源的形式向四周擴(kuò)散的特性,將浮射流分為n段,其中n-1個(gè)“卷吸匯”單元和最終高度稀釋出流端一個(gè)“擴(kuò)散源”單元(圖1)。該方法采用“匯”模擬射流各分段上的卷吸水量,沿程經(jīng)卷吸進(jìn)入射流內(nèi)的環(huán)境流均匯集到最終上升高度,與排放流量疊加后作為源項(xiàng)進(jìn)入環(huán)境水體。具體計(jì)算公式:
圖1 DESA方法源匯項(xiàng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of sink and source DESA method
單元i(i=1,2,…,n-1)上流量源項(xiàng)為
(1)
單元i上濃度源項(xiàng)為
(2)
最終上升高度出流單元n上流量源項(xiàng)為
(3)
最終上升高度出流單元n上濃度源項(xiàng)為
(4)
式中,Q0為射流排放流量;Si為單元i的稀釋度,通過(guò)Corjet計(jì)算獲得;Ca為環(huán)境濃度;C0為射流排放濃度。DESA方法的優(yōu)點(diǎn)是合理給出了最終上升高度處濃度值和源強(qiáng),同時(shí)保證了水量守恒。相比Botelho等[12]將出流量按比例分配到射流沿程相比,DESA方法避免了由于遠(yuǎn)區(qū)模型對(duì)浮力垂向作用求解不準(zhǔn)確而導(dǎo)致分配到射流沿程的大部分熱水上升不到最大高度。
1.4 動(dòng)態(tài)耦合實(shí)現(xiàn)
在潮汐水域,環(huán)境流是隨時(shí)間變化的,溫排水在潮流周期作用下往返反復(fù),易在排水區(qū)域附近堆積,亦會(huì)造成排水環(huán)境水溫分層的變化。在變化的環(huán)境流動(dòng)和水溫分層條件下,近區(qū)浮射流出流軌跡及沿程稀釋是實(shí)時(shí)變化的,因此模擬過(guò)程中需要將近區(qū)模型Corjet與遠(yuǎn)區(qū)模型Delft3D進(jìn)行動(dòng)態(tài)交替耦合。耦合過(guò)程按以下步驟實(shí)現(xiàn):
1)啟動(dòng)遠(yuǎn)區(qū)模型。計(jì)算環(huán)境水動(dòng)力和溫度場(chǎng),提取排放口處的水深、流速及垂向水溫分布,生成近區(qū)模型的輸入文件;
2)啟動(dòng)近區(qū)模型。計(jì)算浮射流軌跡及沿程稀釋度,計(jì)算分散匯流,計(jì)算結(jié)果輸出生成遠(yuǎn)區(qū)模型源項(xiàng)輸入文件,結(jié)束近區(qū)求解;
3)啟動(dòng)遠(yuǎn)區(qū)模型。將步驟2)得到的源項(xiàng)輸入遠(yuǎn)區(qū)模型,計(jì)算環(huán)境水動(dòng)力和溫度場(chǎng),提取排放口處的水深、流速及垂向水溫分布,生成近區(qū)模型的輸入文件;
4)重復(fù)2)、3)步實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)耦合循環(huán),直至模擬結(jié)束。
圖2中給出了動(dòng)態(tài)耦合流程,計(jì)算溫排水時(shí)遠(yuǎn)區(qū)模型求解時(shí)間步長(zhǎng)一般較小,根據(jù)以往試算經(jīng)驗(yàn)一般取為15 s[18],而近區(qū)模型求解所需要的環(huán)境流變化時(shí)間步長(zhǎng)可以更大一些,本研究中選取近區(qū)模型調(diào)用時(shí)間間隔為5 min。
圖2 Delft3D與Corjet動(dòng)態(tài)耦合流程圖Fig.2 Flow chart of dynamical coupling between Delft3D and Corjet
2.1 計(jì)算條件及遠(yuǎn)區(qū)模型驗(yàn)證
選取某濱海核電廠址海域開(kāi)展近遠(yuǎn)區(qū)耦合模型應(yīng)用。設(shè)計(jì)的排放口布置見(jiàn)圖3,溫排水排放口離岸距離約3.5 km,排放點(diǎn)處水深21 m,排放口中心離底高度5 m,采用方形暗涵排水,總排水寬度為120 m,設(shè)計(jì)總排水量455 m3/s,取排水溫差7.8 ℃,設(shè)計(jì)排放出流流速2.5 m/s。遠(yuǎn)區(qū)數(shù)學(xué)模型模擬范圍沿岸線長(zhǎng)約140 km,離岸約45 km,計(jì)算域面積約8 000 km2。采用的水平網(wǎng)格最小分辨率為50 m,垂向采用σ網(wǎng)格,分10層。
圖3 排放口位置圖Fig.3 Location of outfall
計(jì)算域開(kāi)邊界采用水位邊界,水表面散熱根據(jù)海區(qū)氣象條件取表面綜合散熱系數(shù)Ks=47 W/(m2·℃),水平擴(kuò)散系數(shù)取值與水深及流速關(guān)聯(lián),取值范圍1~100 m2/s,排水口附近約為20 m2/s。
采用廠址海域?qū)崪y(cè)水文資料對(duì)遠(yuǎn)區(qū)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行流場(chǎng)驗(yàn)證,排放口附近區(qū)域流速測(cè)點(diǎn)V1和V2及水位測(cè)點(diǎn)W1見(jiàn)圖3。計(jì)算的W1測(cè)點(diǎn)潮位與實(shí)測(cè)潮位對(duì)比見(jiàn)圖4,計(jì)算的逐小時(shí)潮位與實(shí)測(cè)值最大偏差0.13 m,平均偏差0.02 m,相位基本吻合。本工程海域表底流速分層不顯著,選取V1和V2站垂向平均的流速流向計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比(圖5),計(jì)算的漲潮和落潮時(shí)段平均流速和流向統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。計(jì)算的潮段平均流速偏差均在0.04 m/s以內(nèi),潮段平均流向最大偏差19°,計(jì)算的流速相位過(guò)程與實(shí)測(cè)值吻合良好。上述對(duì)比結(jié)果表明,遠(yuǎn)區(qū)模型能夠正確反映工程區(qū)域潮流運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
表1 漲落潮時(shí)段平均流速、流向統(tǒng)計(jì)Table 1 Averaged current speed and direction during flood tide and ebb tide
圖4 W1站潮位驗(yàn)證圖Fig.4 Comparison of calculated and measured water level at Station W1
圖5 流速流向驗(yàn)證Fig.5 Comparison of calculated and measured current speed and direction
2.2 排放口附近流場(chǎng)分析
為了比較近遠(yuǎn)區(qū)耦合模型的效果,將Corjet+Delft3D近遠(yuǎn)區(qū)耦合模型與單獨(dú)使用Delft3D遠(yuǎn)區(qū)模型、排放按排水位置以直接點(diǎn)源給出的方法進(jìn)行了比較。圖6和圖7給出了2種源項(xiàng)處理方式計(jì)算的排放口附近流場(chǎng)分布,圖示為漲急時(shí)段xz斷面和yz斷面流速(x方向?yàn)榄h(huán)境流漲潮方向,y方向?yàn)樯淞鞒隽鞣较?,z方向?yàn)榇怪毕蛏戏较?。圖6中xz斷面所反映是環(huán)境流作用下浮射流/羽流向潮流方向的偏轉(zhuǎn),可以看出,與遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法相比,耦合模型計(jì)算的浮射流能較快上升到表層,受浮力橫向展開(kāi)影響,表層x向流速有一定弱化,直接點(diǎn)源方法則主要是初始出流和環(huán)境流摻混,浮力作用下上升較慢,表層遠(yuǎn)區(qū)未出現(xiàn)熱水在浮力下的快速運(yùn)移。圖7中yz斷面所示為射流出流縱斷面流速,可以看出,耦合模型計(jì)算的排放口下游近區(qū)出現(xiàn)整個(gè)垂向斷面的回流區(qū),反映了出流近區(qū)沿垂向的卷吸過(guò)程,同時(shí)也能看出表層流速增大延續(xù)到下游較遠(yuǎn)區(qū)域,反映了浮力作用下溫升水集中在表層擴(kuò)展到較遠(yuǎn)位置,而采用遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法則不能反映浮力作用下溫排水在表層擴(kuò)散到較遠(yuǎn),近區(qū)出流與環(huán)境流的摻混主要集中在中下層顯現(xiàn)。
圖6 漲急時(shí)刻排放口附近xz斷面流場(chǎng)Fig.6 x-z distribution of the flow near outfall during flood tide
圖7 漲急時(shí)刻排放口附近yz斷面流場(chǎng)Fig.7 y-z distribution of the flow near outfall during flood tide
2.3 溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析
溫排水計(jì)算了20個(gè)潮周以消除初始條件影響,選取最后一個(gè)潮周進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)。圖8和圖9中比較了排水口附近3個(gè)位置上不同源項(xiàng)處理方法數(shù)模計(jì)算的垂向溫升分布與物理模型測(cè)量結(jié)果(測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖3)。圖8所示為漲急時(shí)刻,熱水向漲潮流方向偏轉(zhuǎn),2#、3#測(cè)點(diǎn)表底水溫分層現(xiàn)象明顯,從0~5 m水深范圍看:采用耦合模型得到的表層水溫結(jié)果與物模模型更接近;采用遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法計(jì)算的表層溫升值偏低。圖9中落急時(shí)刻,主流方向朝向x軸反方向,1#、2#測(cè)點(diǎn)表底水溫分層明顯,耦合模型計(jì)算的中上層高溫升區(qū)與物理模型試驗(yàn)更接近。由于近區(qū)浮射流初始稀釋對(duì)遠(yuǎn)區(qū)溫升結(jié)果影響最主要體現(xiàn)在最終上升高度、以及該處的濃度值和源強(qiáng),采用耦合模型能夠合理反映此結(jié)果,故而此種方法更適宜反映近區(qū)對(duì)遠(yuǎn)區(qū)溫度場(chǎng)計(jì)算的影響。
圖8 漲急時(shí)刻溫升分布Fig.8 Vertical distribution of temperature increase during flood tide
圖9 落急時(shí)刻溫升分布Fig.9 Vertical distribution of temperature increase during ebb tide
采用2種方法計(jì)算的大范圍表層溫升影響范圍(熱水團(tuán)主要分布在0~5 m水深范圍,數(shù)模采用表層和次表層平均)與物理模型結(jié)果的比較見(jiàn)圖10和表2,從1 ℃溫升分布形態(tài)和面積看,耦合模型計(jì)算的溫升分布形態(tài)及影響面積與物模更為接近,遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法計(jì)算結(jié)果則與物模形態(tài)差異較明顯。2 ℃以上溫升范圍耦合模型計(jì)算結(jié)果與物理模型試驗(yàn)接近,采用Delft3D遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法計(jì)算的2和3 ℃溫升范圍均未統(tǒng)計(jì)到。表3列出了不同模型計(jì)算的溫升影響幾何尺度與物理模型的比值,耦合模型計(jì)算的大部分結(jié)果與物理模型更為接近,遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源方法計(jì)算的高溫升影響范圍計(jì)算偏小,2 ℃以上影響范圍未能統(tǒng)計(jì)到。上述結(jié)果表明,采用耦合模型對(duì)1 ℃以上表層溫升影響范圍計(jì)算精度確有提高。
圖10 不同模型計(jì)算的潮周表層溫升影響范圍Fig.10 Influenced area of temperature increase simulated by different models after a tide circle
表2 不同模型計(jì)算的表層溫升影響面積(km2)比較Table 2 Comparison of influenced area due to temperature increase simulated by different models
表3 不同模型計(jì)算的溫升影響范圍無(wú)量綱幾何尺度比較Table 3 Comparison of no-dimensional scale of the influenced area due to temperature increase simulated by different models
對(duì)深水排放而言,排放近區(qū)的垂向摻混是稀釋過(guò)程的重要部分,對(duì)遠(yuǎn)區(qū)影響范圍計(jì)算精度影響較大。由于排放近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)稀釋擴(kuò)散時(shí)空尺度差異巨大,在同一模型中實(shí)現(xiàn)近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)不同尺度的兼顧模擬十分困難。本文采用近區(qū)射流積分模型(Corjet)模擬近區(qū)浮射流稀釋過(guò)程,通過(guò)DESA分散匯流方法將近區(qū)模型與遠(yuǎn)區(qū)數(shù)學(xué)模型(Delft3D)進(jìn)行動(dòng)態(tài)耦合以反映近區(qū)對(duì)遠(yuǎn)區(qū)的影響。與遠(yuǎn)區(qū)模型直接點(diǎn)源處理方法相比,近遠(yuǎn)區(qū)耦合模型能夠更合理反映熱水上升過(guò)程中以及最終上升高度處的稀釋度及源項(xiàng),同時(shí)能保證水流質(zhì)量守恒。從與物理模型的比較看,耦合模型法對(duì)表層高溫升影響范圍模擬精度有明顯的提高,值得在溫排水模擬中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
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Received: May 26,2016
Near and Far Field Dynamically Coupled Simulation of Underwater Thermal Discharge From a Coastal Nuclear Power Plants
CHEN Xiao-li, ZHANG Hai-wen, ZHAO Yi-jun
(ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch, Beijing 100038, China)
Thermal waste water discharge from coastal thermal plants and nuclear power plants brings great environmental concern. Numerical model is an important approach to evaluate the impact of the thermal discharge. However, the models usually used in China are not able to reflect the mixing in near field correctly. In this paper, a coupled method of near field model, Corjet, and far field model, Delft3D, is introduced. The distributed entrainment sink approach (DESA) is adopted to simulate the entrainment process of buoyant jet. Dynamical coupling of near field and far field is realized by cross-calling of the two models. Based on a case study, the coupled model is compared with the far field model with a direct single source, and the result shows that the former can reflect buoyant effect better and get temperature vertical distribution and temperature rising range more closer to the result of physical model. This suggests that the coupled method can improve the skill of the far field model in temperature high-rising area. This method is promising for thermal water dispersion simulation in practice.
near field; far field; thermal waste water; buoyant jet; coupled model; underwater discharge
2016-05-26
國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目——基于非恒定流的內(nèi)陸核電低放廢液排放控制優(yōu)化(51209228)
陳小莉(1980-),女,湖北天門人,高級(jí)工程師,博士,主要從事溫排水模擬方面研究. E-mail:chenxl_iwhr@126.com
X143;P731
A
1671-6647(2016)04-0497-10
10.3969/j.issn.1671-6647.2016.04.005