灣塘水電站泄流霧化-數(shù)值計(jì)算

1、灣塘水電站泄流霧化-數(shù)值計(jì)算            摘要：根據(jù)底流消能泄流霧化的機(jī)理，應(yīng)用量綱分析方法，得到水霧霧源量的計(jì)算關(guān)系式；在霧源為連續(xù)線源和任意風(fēng)向的條件下，利用高斯擴(kuò)散方程，研究了水霧在峽谷內(nèi)擴(kuò)散規(guī)律；結(jié)合霧雨自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程、碰并過程、霧滴的凝結(jié)和蒸發(fā)過程，得到霧源下游流場(chǎng)水霧濃度、溫度、相對(duì)濕度和降水強(qiáng)度的分布；對(duì)灣塘水電站底流消能霧化進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與原型觀測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。 關(guān)鍵詞：底流消能 霧化 數(shù)值計(jì)算  水電站采用不同的泄流消能方式，對(duì)水

2、霧的產(chǎn)生機(jī)理、形態(tài)及霧量多寡，存在較大的差異。對(duì)于挑流消能工程，泄流霧化會(huì)造成以下危害：廠房進(jìn)水、斷電、交通中斷和邊坡失穩(wěn)。自20世紀(jì)70年代以來，國(guó)內(nèi)一些專家學(xué)者對(duì)挑流霧化問題進(jìn)行了廣泛的研究，取得了豐碩的成果；但對(duì)于底流消能工程，其泄流霧化問題很少研究。本文就灣塘水電站底流消能霧化的數(shù)計(jì)算作一探討。1 底流消能霧化的數(shù)學(xué)模型1洪水在下泄和消能過程中，由于水流與空氣邊界的相互作用，使得水流自由面失穩(wěn)和水流紊動(dòng)加劇2，進(jìn)而部分水體以微小水滴的形式進(jìn)入空氣中，產(chǎn)生某種形式的霧源。霧源在自然風(fēng)和水舌風(fēng)的綜合作用下，向下游擴(kuò)散，使水霧分布在下游的一定空間中。之后，水霧經(jīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程和碰并過程轉(zhuǎn)變?yōu)橛?/p>

3、滴，以及水霧和水汽之間發(fā)生霧滴的蒸發(fā)或凝結(jié)過程。如圖1所示，因雨滴數(shù)較霧滴少得多，故在本數(shù)學(xué)模型中不考慮雨滴的蒸發(fā)過程和水汽凝結(jié)為雨滴的過程，在圖1中用帶虛線箭頭來表示。式中：ql為單位長(zhǎng)度線源的水霧霧源量，kg/(s·m)；為水的密度；Lj為水躍的長(zhǎng)度，Lj=10.8hc(Fr1-1)0.93，hc為躍首處的水深；vc為躍首處的流速；q為單寬流量，m2/s·m；u2為躍首處的脈動(dòng)速度均方根；uw為自然風(fēng)和水舌風(fēng)的合成風(fēng)速。選取、Lj、vc為基本物理量，令qe=Ljvc，利用量綱分析方法式(2)可得：1.2 水霧擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型個(gè)高架連續(xù)線源擴(kuò)散的示意圖，坐標(biāo)系oxyz的y軸

4、與壩軸線平行，x軸為水流方向，z軸為垂直向上，點(diǎn)o位于躍首上方，且高程等于下游水位。設(shè)P為下游空間的任意一點(diǎn)，其坐標(biāo)分別為x、y、z，其水霧的濃度為：2007-04-29        uw，其風(fēng)向與x軸正向成2角，規(guī)定：從x軸的正向開始，繞點(diǎn)o逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角為正值；反之，角為負(fù)值，如圖5所示。建立風(fēng)坐標(biāo)系ox1y1z，使x1軸與uw平行，坐標(biāo)系oxyz、ox1y1z的z軸相重合。將線源在y1軸上投影，分別得到虛擬線源在y1軸上的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)：y01=y1cos2；y02=y2cos2。這樣，合成風(fēng)速uw與線源成任意角的情況就轉(zhuǎn)化為 合成風(fēng)速uw垂直流過虛擬線源的情況。參照式(8)，得到下游任意一點(diǎn)的水霧濃度分布：式中：Erc為雨滴對(duì)霧滴的碰并效率，qc為單位質(zhì)量空氣中水霧的質(zhì)量(kg/(空氣kg)，qr為單位質(zhì)量空氣中雨滴的質(zhì)量(kg/(空氣kg)。假定未發(fā)生泄流時(shí)，空氣的溫度和水汽比濕分別為T1和q1，若凝結(jié)量等于x時(shí)空氣達(dá)到飽和，此時(shí)，空氣的溫度和水汽比濕分別達(dá)到T和q，存在以下關(guān)系式：