高寒区引水渠道抽水融冰原型试验及分析

在我国新疆、西藏等西部高寒地区,抽水融冰是解决该地区引水式电站冬季运行冰害的理想措施。本文在对引水渠道冬季运行冰害形成过程及影响分析的基础上,结合新疆玛纳斯河流域红山嘴水电站应用抽水融冰情况,介绍了高寒区引水渠道冬季运行抽水融冰基本原理,并根据抽水融冰原型试验结果分析了抽水融冰的运行效果,给出了渠道水与井水混合后的温度变化过程以及渠道水温沿程变化规律等,进一步论证了抽水融冰理论的正确性和可行性。     

高寒区引水渠道水温变化规律的试验研究

在高寒地区,抽水融冰是引水式水电站冬季运行除冰害的一种有效措施。为了更好地研究抽水融冰过程中引水渠道水温变化规律,本研究结合新疆红山嘴水电站工程的实际应用,对抽水融冰过程进行了室外水槽模拟试验。试验在实际大气温度下分别分析了相同渠水流量、不同井水流量和相同井水流量、不同渠水流量条件下,引水渠水温沿程的变化规律,结果表明:各种加井水条件下的渠水水温都比不加井水时要高,渠水水温先升高后降低,并有一峰值,峰值出现在加水点4-8 m处,说明冬季抽取地下水注入引水渠的方法是可行的;当渠水流量确定的情况下,随着井水流量的增大,渠水温度升高幅度也显著增大,增幅明显,从井水流量0.06 L/s时的0.5-1.25℃增大到井水流量0.14 L/s时的0.35-0.77℃,增幅为0.15-0.48℃左右;当井水流量确定的情况下,随着渠水流量的增大,渠水水温升高幅度减小,从渠水流量1.5 L/s时升高的0.77-1.9℃减小到渠水流量7.5 L/s时升高的0.26-0.45℃,减小幅度为0.51-1.45℃。该试验结果可为抽水融冰运行机理提供科学依据并为实际工程提供借鉴意义。     

考虑气温变化影响的引水渠道水内冰演变数值模拟

高寒地区冰害问题是关系到引水式水电站能否正常运行的关键问题.为此,建立了三维非稳态Euler-Euler两相流k-ε紊流模型,在动量方程中考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力,在热量传递方程中考虑了冰水之间的热量传递以及太阳辐射、有效辐射、蒸发热损失和水面对流热损失等.以新疆某水电站引水渠道为例,模拟分析了气温变化条件下流速、水温、冰温及冰体积分数的沿程分布.结果表明:水温沿程先降低后增大,沿程出现最低点,冰温沿程逐渐增大;冰体积分数沿程存在突变点,且突变点在水温最低点附近;随着气温降低,最终的产冰量和冰体积分数逐渐增大.讨论了太阳辐射、有效辐射和蒸发热损失对水内冰分布的影响,并通过与吴剑疆等的黄河上游河道中水内冰演变计算结果及经验公式计算产冰量的对比分析,验证了模型的可靠性.     

水库溢流式取水口下泄水温数值模拟

水库溢流式取水口作为一种有效缓解下泄低温水的分层取水措施,得到了越来越广泛的应用,糯扎渡水电站拟采用溢流式取水口.为较好地模拟取水口前库区复杂的地形边界,采用σ坐标系,建立了糯扎渡水电站溢流式取水口下泄水温的三维数值模型,数值模拟结果得到了物理模型试验结果的验证.在水库水温分布已知的条件下,数值模拟了取水口不同引水流量和开启组合的下泄水温.取水口引水流量越大,下泄水温越高;下泄水温提高的幅度,不仅取决于引水流量,还取决于水库水温垂向分布.取水口开启组合对下泄水温影响较小.     

内融冰式冰盘管蓄冷槽传热性能研究

内融冰式冰盘管蓄冷槽是一种广泛应用的空调蓄冷装置,对这种蓄冷槽传热性能的掌握对于工程应用非常重要．现有的这种蓄冰槽模型均为同心圆柱模型,不能反映冰水密度差对这种蓄冰槽传热性能的显著影响．本文对内融冰式冰盘管蓄冷槽的蓄冷（结冰）和取冷（融冰）实验结果进行了仔细的分析,建立了传热性能动态模型．采用同心圆柱模型描述蓄冷过程,而对取冷过程采用了准同心圆阶段、偏心阶段和碎冰阶段的三段动态模型．合理地反映了融冰过程不同阶段由于冰水密度差造成的换热速率变化的机理,因此模型的适应性强,预测性好．实验对比的结果也说明该模型能够准确地反映不同入口流量、入口温度蓄／取冷过程的蓄／取冷速率、出口温度的变化,因此可直接为工程应用服务     

多目标边际优选法及其在大型引水工程渠道规模优化中的应用

大型引水工程是水资源优化配置的工程措施之一。应用系统工程、渠道设计、工程经济学的理论和方法,建立了以供水量最大、生态环境缺水量最小和工程规模利用率最大为目标,以水资源优化配置为基础的大型渠道工程规模多目标优选模型。首次提出了不同频率组合控制流量边际优化法,并以长江流域某一引水工程为例进行了研究,得到了满意的结果。     

圆柱形蓄冰桶内融冰换热参数优化设计

目的 分析圆柱形蓄冰桶入口温度、载冷剂流量以及盘管与冰桶之间外径比例大小对融冰过程产生的影响.方法 建立蓄冰桶内融冰放热过程的传热数学模型,模型使用MATLAB进行求解,并使用COMSOL Multiphysics软件进行求解过程的比较验证.结果 当流量一定,进口温度为8℃,10℃和12℃时,对应的最终出口温度分别为7...     

径流式梯级引水式电站防治冰，泥沙，洪水危害技术措施的探讨

1994－1998年红山咀电厂采取“抽水融冰技术”,“漏斗式全沙排沙技术”和扩建二级电站渠道枢纽泄洪工程等技术措施,在防治冰,沙,洪水危害方面取得了成功,改善了发电生产运行条件,生产技术有了很大进步,获得了显著的经济效益和社会效益。     

节理岩体双孔抽水渗流研究

为了研究工程中在节理岩体内双孔抽水的渗流问题,考虑不同状况条件对抽水效果的影响,通过应用UDEc建立双孔抽水离散元模型进行数值模拟,对比分析不同双孔排布、不同抽水速率对孔隙压力和流动状态变化的影响。表明抽水速率界定孔隙压力平均趋近速率:抽水孔间距影响流速;抽水孔间距和抽水速率的变化改变水漏斗半径:需要合理安排孔距。数值模拟结果与工程实际吻合,证实其可靠性。     

架空输电线路覆冰和融冰仿真研究

为了辅助运行人员在冬季不同气象条件下对输电线路的覆冰危害进行定量分析,以及合理选择直流融冰电流和融冰时间,对架空线路的覆冰和融冰仿真软件进行了研究,提出了一种便于使用的考虑导线所处微地形环境和风向等综合因素的覆冰增长计算方法,并分析了覆冰仿真软件程序框图;利用载流导线的热平衡方程,选择导线最高允许运行温度为70℃,计算了导线的最大融冰电流并对计算误差进行了分析;利用覆冰导线表面冰融化时的热平衡方程,分析了覆冰导线融冰时间的计算方法,并分析了融冰仿真软件的程序框图。     

抽灌井群浅层地热能长期利用运行模式模拟

研究长期运行的地下水源热泵系统地下温度场的变化规律,保持抽水井水温的恒定是保证地下水源热泵系统稳定运行的关键因素.鉴此,本文采用流体力学常用的模拟软件fluent建立地下水流与温度场的耦合模型,对比工程中常用的单供暖模式、固定井冷热联供模式、倒井冷热联供模式、固定井冷热联供加蓄热模式和倒井冷热联供加蓄热模式长期运行后地下温度场热交互程度及抽水温度的变化趋势,分析总结出更具长期稳定运行优势的运行模式,对解决实际工程问题具有指导意义.     

内融冰式蓄冰桶数学模型的改进

介绍内融冰式蓄冰桶改进的数值计算模型.将盘管分成许多小段进行研究,考虑了蓄冷时冰层和释冷时水层间的连通现象及蓄冷期冰的温度变化和释冷期水温的变化.所得结果可为设计选用提供依据.     

覆冰导线融冰计算模型

以覆冰导线为研究对象,根据热平衡方程,建立焦耳热融冰的数学模型。介绍导线覆冰的基本理论,以冰筒直径、冰平均密度以及冰表面平均温度作为融冰模型的输入,提出融冰临界电流这一决定融冰能否进行的指标。用Visual Basic和Visual Fortran混合编程编写计算融冰时间的可视化程序,输入相关气象参数、结冰时间、电阻以及电流即可计算融冰时间。把程序计算结果与加拿大魁北克大学冰风洞中实验结果进行对比,结果表明:计算值与实验值的最大相对误差不超过10%,验证了模型的正确性;该模型可用于导线融冰装置融冰时间和电流的计算。     

盘管冰蓄冷装置蓄、融冰过程的数值模拟分析

分析了盘管冰蓄冷装置蓄、融冰过程的原理及其特点,建立了其数学模型和物理模型,利用此模型模拟蓄、融冰过程,并对模拟结果与实验结果进行对比分析.分析表明,所建模型与实验达到了很好的吻合,对小型冰蓄冷空调系统和特征参数的优化有一定指导和现实意义.     

动态模拟施工导流在水利水电工程中的应用

寻求一种优化的液压处理方法和施工导流工程解决方案,利用动态仿真的方式可以很好的解决这些难题。首先,分析主要建筑物,引水建筑物和流量控制之间的复杂的约束关系。其次,时空关系模型的结构形式,如引水系统和一般框图面向分流的仿真模型的成立过程等。然后,建立相应的数值模拟方法和三维动态可视化模拟方法。此外,结合计算机技术利用计算机软件实现仿真系统平台。可以方便的显示建模过程,进行计算和可视化分析,可以有效地耦合,通过测试得知结果符合实际状态。这种方法,提出了新的理论原则和技术分析控制问题的措施,能解决建设中遇到的液压分流复杂条件下的水电工程问题。     

冬季引水明渠冰盖生长的数值模拟

冬季寒区引水明渠的结冰问题会影响河道的运行和管理,文章利用热力和水力耦合的数学模型对不同条件下二维渠道内的冰盖生长进行数值模拟,通过改变水流速度、气温、水深以及风速的大小分析形成的冰盖厚度;根据数值模拟结果,得出了寒区引水明渠冰盖厚度的增长规律与冰盖形成后水流速度场和温度场的分布规律,以及不同因素对渠道结冰的影响程度.     

寒区湖泊冰下溶解氧质量浓度模型相关参数的优化辨识

根据Golosov给出的淡水湖泊冰下溶解氧质量浓度一维抛物型偏微分方程模型和芬兰Valkea-kotinen湖No.1站位2011年1—3月冰下不同深度的溶解氧质量浓度、水温等现场实测数据,利用分布参数系统参数辨识方法,优化辨识出该湖泊冰下溶解氧一维模型中总溶解氧消耗率的一个改进表达形式,并用辨识得到的总溶解氧消耗率的表达形式,数值模拟该湖泊No.2站位冰下溶解氧质量浓度的变化情况.数值模拟结果与实测数据吻合良好,表明辨识结果是有效的、准确的,能对其他寒区淡水湖泊冰下溶解氧问题数值模拟研究提供参考依据.     

新型板式蓄冰设备蓄冰融冰规律研究

以一新型板式蓄冰设备为研究对象,建立其有限元数值模型,利用现有的实验数据对模型进行了验证．利用模型模拟分析了相变融冰与蓄冰规律,结果表明融冰与蓄冰过程都是在一定的温度范围内完成的,且靠近板内壁面处水或冰的温度比其余各点变化更快．在此基础上提出了间歇蓄冰方式,并与连续蓄冰方式进行了对比分析．研究发现,采用间歇蓄冰方式可减少冷水机组和泵的实际运行时间,降低纯蓄冰过程的能耗．     

蓄冷槽不同排列方式下的传热过程分析

本文分析了顺排和叉排方式排列的内融冰式蓄冷槽的传热过程,提出了相应的简化假设,并在此基础上建立了九管管束模型。通过对不同管径下不同排列方式的蓄冰槽内的传热特性的ANSYS模拟研究,得出管径对传热的蓄冰槽影响相对较小,U形管顺排一既可以简化布置方式,同时满足温度场均匀的要求。     

岔管流动的数值模拟

应用k-ε模型和控制体积法建立了三维紊流数学模型,根据工程需要对某抽水蓄能电站的引水岔管和尾水岔管的不同体型进行了流态、流速、压力分布的数值模拟研究,在原方案计算结果的基础上提出了修改方案并进行了对比计算,给出了不同工况的水流流态、流速分布和压力分布以及相应的水头损失系数.计算结果表明,修改方案流态有明显改善,水头损失系数明显减小.