温度分层对进水口前流速分布的影响

第33卷第2期水力发电学报Vol.33No.22014年4月JOURNALOFHYDROELECTRICENGINEERINGApr.,2014收稿日期：2012-08-07基金项目：国家自然科学基金（51279125，50879054）；国家自然科学基金创新研究群体科学基金（51021004）作者简介：陈弘（1986-），女，讲师.E-mail：chenhongtjau@163.com通信作者：高学平（1962-），男，教授.E-mail:xpgao@tju.edu.cn温度分层对进水口前流速分布的影响陈弘1,2，高学平1（1.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072；2.天津农学院水利工程学院，天津300384）摘要：温度成层型水库，水温分层导致密度分层，浮力会对进水口附近流场产生影响。以糯扎渡水电站进水口为对象，建立考虑水温分层的三维数学模型和视水温均一的三维数学模型，比较两种模型的进水口前流速分布，分析水温分层对进水口前流速分布的影响。考虑水温分层情况，靠近进水口断面的流速分布与水温均一的基本一致，远离进水口的断面流速分布与水温均一的不同。研究成果对进一步探讨分层取水下泄水温的形成机制具有重要意义。关键词：环境水力学；多层进水口；三维数值模拟；流速分布；水温分层；水温均一中图分类号：X143文献标识码：AEffectofreservoirthermalstratificationonvelocitydistributionnearwaterintakeCHENHong1,2,GAOXueping1(1.StateKeyLaboratoryofHydraulicEngineeringSimulationandSafety,TianjinUniversity,Tianjin300072;2.CollegeofWaterConservancyEngineering,TianjinAgriculturalUniversity,Tianjin300384)Abstract：Thermalstratificationinareservoirleadstodensitystratificationandbuoyancythatinfluencetheflownearawaterintake.InacasestudyoftheNuozhaduhydropowerintake,wedevelopedtwo3Dnumericalmodelsfortheconditionsofthermalstratificationandhomogeneoustemperaturerespectively,andanalyzedthestratificationeffectsonvelocitydistributionnearintakethroughcomparisonofthesetwomodels'calculations.Neartheintakethevelocitydistributionsofthetwocasesareveryclosetoeachother,whilefarawayfromtheintaketheyaresignificantlydifferent.Theresultsareusefulforfurtherstudyonthemechanismoftemperaturepatternformationinthewaterthatisreleasedfromaselectivewithdrawalintake.Keywords：environmentalhydraulics;multi-levelintake;3Dnumericalsimulation;velocitydistribution;thermalstratification;homogeneoustemperature0引言对于温度成型水库，水库水体温度沿深度成层分布，表层水温明显高于底层水温，有时温差可达20℃。为减缓下泄低温的不良影响，国内外水电站主要采取分层取水进水口方案。温度成层型水库，进水口前流动具有流场与温度场相互耦合的三维特性。目前国内外学者对进水口水力特性、水库水温分布及下泄水温有一定研究成果。进水口水力特性的研究对象主要是流态、压力、流速分布及水头损失方面，通常按水温均一情况考虑，如Vermeyen(1999)[1]进行了格伦峡谷大坝分层取水口水工模型试验；雷艳等(2010)[2]进行了分层取水进水口三维紊流模型模拟研究，高学平等(2010)[3]对叠梁门分层取水进水口进行了三维数值模拟研究，李妍等(2010)[4]对不同类型水电站进水口的水力特性进行性三维数值106水力发电学报2014年模拟比较研究。水库水温分布方面，目前