автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Водозаборно-водовыпускные сооружения совмещенного типа на водохранилищах - охладителях ТЭС и АЭС

и V 0&

V..: "> I 1

X / .

" МИНИСТЕРСТВО- - ОБРАЗОВАНИЯ......УКРАИНЫ

Харькове, л й государственный технический университет -----. строительства ^архитектуры

на правах рукописи

АНТОНОВА ЛЩЩА НИКАНОРОВНА

ВОДОЗАБОРНО - ВОДОВЫПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ СОВМЩЕННОГО ТИПА НА ВОДОХРАНИЛИЩАХ - ОХЛАДИТЕЛЯХ ТЭС И АЭС

, 05.23Л6_-_ГХцравлика и инженерная гидрология

авторе® Е РТТ~ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков 1995

... - Работа выполнена в Харькояском государственном техническом университете строительства и архитектуры.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Нетюхайло Анатолий Петрович.

Официальные оптгонентн:

1) доктор технических "наук, профессор Забабурин Иван Андреевич;

2) кандидат технических наук Канарский Василий Федорович.

Ведущая организация: Украинский государственный научно -исследовательский институт УкрВОДГЕО.

Защита диссертации состоится " пое/съ&/77£1Л9%т. в "//" часов на заседании специализированного сонета Д.02.07.01 в Харьковском государственном техническом университете строительства и архитектуры по адресу: 310002, г.Харькоь-2, ул. Сумская, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ХГТУСиА.

Автореферат разослан " £ " ^

Просим Вас прислать Ваш отзыв на автореферат ( в двух экземплярах), заверенный печатью Вашей организации по адресу: 510002, г.Харьков-2, ул.Сумская, 40, ХГТУСиА на имя ученого секретаря специализированного совета.

Учений секретарь специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Е настоящее временя для охлаждения циркуляционной воды систем технического водоснабжения тепловых I атомных электростанций (ТЭС и АЭС) используются различные охладители, наиболее эффективными из которых являются водохранилище - охладители. Водохранилища - охладители характеризуются сложными гидротермичеасими и тепловыми процессами, знание которых необходимо для рационального и эффективного проектирования систем технического водоснабжения ТЭС и АЭС. Изучение этих процессов может быть осуществлено на основе гидротермического моделирования, численной реализации математических моделей и обобщения •• данных натурных исследований.

Каждый метод в отдельности обладает преимуществами и недостатками. Гидротермическое моделирование ограничено трудностью воспроизвести действие ветра на процессы теплообмена и динамику ветровых течений. Математическое моделирование в настоящее время все чаще и чаще используется в процессе проектирования ТЭС и АЭС. Однако этот метод ограничивается рассмотрением преимущественно двухмерных задач, в то время, как в водохранилищах - охладителях происходят трехмерные процессы. Обобщение натурных данных требует идентификации процессов на различных изучаемых объектах, что возможно на базе глубокого и всестороннего анализа влияния различных факторов'на процесс гидротбрмического режима водохранилища - охладителя и его охлаждающей способности. В этом плане необходимо рассмотреть природные факторы (климатические

условия, мор;^метп!1Ч0С1ше и гидрологические характеристики) и технологические (компоновка и конструкции гидротехнических сооружений, а также параметра сбрасываемой теплой води от конденсаторов" турбин).

При сбросе нагретой воды в водохранилище - охладитель фор-даруются плотностные течения с температурной стратификацией. Это явление оказывает существенное влияние на гидротер-шческий режим водохранилища-охладителя и позволяет осуществить забор охлажденной воды из донного 'охлажденного слоя. При устойчивой стратификации представляется возможным организовать совмещенный узел "водовыпуск - водозабор".

Создание совмещенных водошиусков с водозаборами в "нагруженных" водохранилищах-охладителях позволяет снизить строительные и эксплуатационные расходы при достаточно эффективной работе водоема, как охладителя циркуляционной воды систем технического водоснабжения. Такоо техническое решение должно быть всесторонне обосновано, так как при определениях условиях может происходить забор воды из верхнего теплого слоя, что приводит к повышению температуры воды на входе в конденсаторы турбин и, соответственно, к потере мощности (повышение температуры на 1,2°С приводит к снижению мощности на 0,5%).

В связи с этим, поставленная тема исследований: научно-техническое обоснование создания водозаборно - водовыпускных сооружений совмещенного типа, является актуальной. Это подтверждается и тем обстоятельством, что некоторые эксплуатируемые водохранилища - охладители, с работающими на них сооружениями ука-

зянного типа, но обеспечивают необходимого охлаждения техки1 кой водн из-за нарушения устойчивости шютностной стратифик; по ряду причин (например, нарушение конструкции водовыпуска Экибастузской ГГЭС-1).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в том, чтобы на базе анализа эксплу? ционного опыта, натурных данных и теоретических исследований работать зависимости гидравлических и гидротермических расчв! позволяющих запроектировать совмещенную компоновку водовыпуси и водозаборных сооружений на водохранилище-охладителе с уче конкретных условий, в том число,' и плотностной стратификации.

Для достижения поставленной цели потребовалось:

1) выполнить анализ уравнения кинетической энергии тур лентности в слое ветрового перемешивания, дать оценку его тол ны и глубины залегания термоклина;

2) определить рациональные конструктивные параметры водо пускных и водозаборных сооружений совмещенного типа, обеспечи; км них устойчивое шютностноо расслоение потоков;

3) теоретическим и »мпирическим путем определить парамет] характеризующие процессы гидротермического режима ближней з< водоема, уотанопить их взаимосвязь и зависимость от конструкт!

Ч t

них параметров водовыпускного сооружения;

4) выполнить анализ результатов натурных гидротермичесга исследований водовыпускных-водозаборных сооружений совмещение типа на водохранилищах-охладителях эксплуатируемых ТЭС и АЭС ъ этой основе лать оценку влияния компоновочных решений и kohctí тивиых параметров сооружений на охлаждающую способность водоем

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в решении важной научно-. технической проблемы, которая связана с научно-техническим обоснованием применения совмещении водозаборно-воловнпускных сооружений в водохранилищах-охладителях, работающих в условиях действия ветра и генерации.ветровых волн. Впервые разработаны формулы, позволяющие установить условия применения таких сооружений.

ДОСТОВЕРНОСТЬ и обоснованность основных полол.оапй диссертации подтверждаются: использованием классических теоретических поло-копий; сопоставлением результатов тооротичосих исследований и данных натурных наблюдений; опитом эксплуатации сооружений.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы состоит и возможности технического обоснования водовыпускных и водозаборных сооружений совмещенного типа и определения их основных конструктивных параметров но всех. стадиях проектирования водохранилищ - охладителей для нопих и реконструируемых ТЭС и АЭС.

ВНЕДРЕНИЕ. Исследования дайной работы включены в нормативно - технический документ "Водозаборы технического водоснабжения тепловых электростанций. Методика по проектированию", разработка которого выполнялась в Харьковском институте "Энергопроокт" под "ПДС'ГВОМ к.т.н. М.П.Омолъченко.

АПРОБАЦИЯ. Основные результаты работы докладывались на 50-ой научно-техничоской и научно-методической конференции преподавателей и студентов Харьковского государственного технического университета строительства и архитектуры в (995г.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 2 работы.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, биб-

лиографии из 3? наименований и двух приложений. Она содержит 105 стр. основного текста, 30 рисунков, 22 таблицы, всего 132 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Водовыпускные и водозаборные сооружения совмещенного типа были построены сравнительно недавно и показали высокую эффективность работы в системах технического водоснабжения тепловых и атомных станций. Внедрению таких сооружений предшествовали целый ряд натурных и модельных исследований водохранилищ - охладителей, которые подтвердили устойчивость плотностиого расслоения потока при тепловых сбросах и движение поверхностного и донного слоев в противоположных направлениях.

Комплексные натурные исследования показали, что наиболее устойчивая температурная стратификация с максимальным градиентом температур в водохранилищах-охладителях образуется на участке вблизи водовыпуска теплой поды, т.е. в ближней зоне. Расположение водозаборного сооружения в этой зоне дает ряд преимуществ по сравнению с другими вариантами компоновок яоцошшусюшх и водозаборных сооружений. Предельным случаем приближения водозаборного сооружения к Г " .ыпуску является совмещение их в одно сооружение, в котором должны быть обеспечены отбор воды из нижних холодных слоев и условия плавного выпуска подогретой воды с небольшими скоростями в верхние слои водоема, а также исключен подсос теплой волн из верхних слоев водозаборными отверстиями.

В первой главе рассматривается современное состояние проблемы применения совмещенных водовыпусков с водозаборами на эксн-

луатируемых водохранилищах-охладителях ТЭС и АЭС и выполнен анализ их работы. Показано, что наличие плотностного расслоения в ближней зоне водоема, позволяет эффективно использовать такую компоновку гидротехнических сооружений. В этой связи дан анализ проблемы устойчивости плотностного расслоения и влияния различных факторов на формирование и разрушение стратификации потока. Этим вопросам посвящен ряд научных исследований отечественных и, зарубежных авторов, таких как А.Г.Аверкиев, А.В.Безызвестных К.Бонафиль, Е.В.Бруяцкий, О.Ф.Васильев, Р.Е.Вершин, Т.Г.Войнич -Зянокенский Ш.Гофе, М.Р.Дршшс В.И.Квон, Г.Келеган, К.Я.Кинд, 5.А.Китайгородский, А.И.Кобзарь, С.И.Криль, В.М.Лятхер.К.Лофк-¡ист, Ф.Г.Майроновский, И.И.Макаров, Е.И.Масс,' В.Макагно, ^С.Монин, А.П.Нетюхайло, М.К.Никитин, М.П.Омельченко, В.П.Про-.одько, И.Л.Розовский.Э.Д.Тележкин, Дж.Тейлор, Д.Тернер, С.Филипс, Д.Харлеман, И.А.Шеренков, Т.Эллисон, и многие другие.

Вопросам, связаным с расчетом и проектированием водозабор-ых сооружений, посвящены работы В.И.Дейнека, И.А.Зыбабурина, .М.Кузьменко, И.И.Макарова, И.А.Мотинова, А.П.Нетюхайло, .П.Омельченко, А.С.Образовского, В.А.Пахомова, А.М.Прудовского, .А.Смирнова, Э.Д.Тележкина, Д.Харлемана, И.А.Шеренкова.

Анализ результатов выполненных исследований позволил сформировать цели и задачи настоящей работы, которые сводятся к идущему: на основе анализа и обобщения результатов теороти-»ских и экспериментальных исследований, включающие и натурные мша, дать обоснование применения совмещенных водовылуеков с >дозаборами и определить конструктивные и компоновочные пара-

метры этих сооружений.

Во второй главе представлены результаты теоретических V следований, связанных с оценкой воздействия ветра на проце перемешивания водных масс в поверхностном слое теплой воды гл боководннх стратифицированных водохранилищ - охладителей на ба анализа уравнения баланса кинетической энергии с учетом процес порождения под действием сдвига скорости и взаимодействия "'волн вых и турбулентных движений, скорости диссипации пульсационн энергии, обусловленной опрокидыванием поверхностных волн.

Механизм транспорта пулъсационной энергии обуславливает! образованием слоя конечной толщины, в котором происходит стаб] лизация процессов конвекции и турбулентной диффузии. Указанна слой (эпилимнион) с рост'М температуры воды медленно распрострг няет свою нижнюю грянипу в глубину водоема. При этом температу! донных слоев тол:«-? погашается, но весьма незначительно. Натурт исслед'.ч.пния показали, что в области донного (гиполимниона) поверхностного <»твшмшона) слоев вертикальный температурнк гради"Ш' воды пренебрежимо мал. Между эпилимшюном и гиполимнис пом располагается слой воды, в пределах которого температурив градиент <1170.2 приобретает максимальное значение. Эту облает называют слоем (поверхностью) раздела, нижняя граница которог является нижней границей термоклина (рис. 1).

Современные модели энергетического баланса позволяют оце нить тожину слоя ветрового перемешивания на основе сопоставле ния величины потенциальной энергии перемешанного слоя с кинети ческой энергией, поступающей из поверхностного слоя и вызванно!

.воздействием ветра.

Ус.»

Рис. 1. Схема характерного вертикального профиля

распределения температуры в стратифицированном потоке

В результате воздействия ветра на поверхность раздела вода-воздух в верхнем слое водоема возникает сложная структура турбулентного движения, состоящая из:

1) некоторого среднего переноса масс в направлении распределения основных энергосодержащих компонент спектра ветровых волн, совпадающих с направлением приводного ветра;

2) упорядоченных орбитальных движений жидких частиц, обусловленных присутствием спектра гравитационно-капиллярных волн на поверхности водоема;

3) турбулентных движений разных масштабов;

В общем виде уравнение баланса пульсацшэнной энергии движения в широком диапазоне волновых чисел (или масштабов турбулентности) может быть записано:

= п + Д + В - Б, (1)

где Е - кинетическая энергия турбулентности; П - скорость порож-

дения Е; Д -скорость диффузионного переноса Е; В -скорость т носа Е под действием сил плавучести; Б -скорость диссипации 1 Будем рассматривать турбулентный режим в поверхностном с исходя из простейшей модели стационарного горизонталь?, однородного турбулентного потока со сдвигом скорости, в кота и = ЩЯ) + и', № = ет'.

Здесь и - горизонтальная компонента скорости вдоль оси совпадающей с направлением распространения ветровых волн болы амплитуды (и с направлением приводного ветра); уч - вертикалы компонента стокового и дрейфового течений; I - вертикаль} координата, направленная вглубь водоема; и'и таг'- пульсаь скорости, включающие в себя флуктуации с масштабом поверхности

ветровых волн. Период осреднения Т должен удовлетворять услови

т ■

где и0- характерная частота энергосодеркащих компонент спект] ветровых волн.

При развитом волнении интенсивность турбулентности и ее и нетическая энергия поддерживается иньекцией спорадических вспь шек энергии мелкомасштабной турбулентности в момент опрокидыва ния волн. Образующеюся пятна турбулентности диффундируют на . не которую глубину, расположенную ниже волновых впадин, и соизмери мую с длиной опрокидывающих волн. В этом случае исходим из однородности горизонтальных полей энергии. В вертикальном направлении конвективный и диффузионный потоки энергий предпологаютс! несущественными по сравнению со скоростью диссипации и порождения. Это предположение следует из механизма формирования одно-

родного турбулентного слоя ветрового перемешивания. Следовательно, сШ/сИ; = 0 и скорость диффузионного переноса (Д) исключаем из рассмотрения.

С учетом' указанных нежестких ограничений, уравнение (1) сведем к виду: .

П + В = П (2)

Скорость порождения П может быть представлена в виде:

ПП, + П2 , (3)

'де Пр скорость порождения под действием осредненного сдвига «орости

оторая обычно аппроксимируется следующей зависимостью:

и*

п, - —— : (4)

1

- скорость порождения под действием сдвига волновых составля-[их и пульсаций опрокидывающихся волн, которая с глубиной умещается по экспоненциальному закону

П2 = П2о« ехр(- к-г), (5) •

э к волновое число (2к/Хя); длина волновых возмущений;

скорость порождения на поверхности. Согласно Филлипсу, мор быть аппроксимирована 2

П2о= -¿ГЦ V (б)

| У?*- динамическая скорость, вызванная ветровым воздействием; фазовая скорость характерной волны; некоторый масштаб, оделяющийся размерами вихрей, образующихся при опрокидываний а; х - постоянная Кармана.

.На основании изложенного, аппроксимируем уравнение (3;

виде:

V?3, С. „ „ 1

(7

«5

где к^Ц» к; к,- эмпирический коэффициент, значение котор получено из условия соизмеримости темпа падения скорос порождения и диссипации по глубине..При этих условиях 3.

Скорость переноса (В) кинетической энергии турбулентно! под действием сил плавучести определяется по зависимости:

В = - 8'(3«КТ« (81

а1

р - коэффициент обьемного расширения; Кг - коэффициент туре

■ дф

лентной температуропроводности; - вертикальный градие

температур.

Величина В аппроксимируется с помощью традиционной завис мости:

В =----— . -- , (9)

(1 + Ш)

С - эмпирический коэффициент. По данным многочисленных опыт< ряда авторов е = 37. - число Ричардсона, представляется зав! симостью

й'^'ОТ/вЪ)

И =-----((0)

(зи/згг

или с учетом аппроксимации (аи/а7,) в области слоя трения в пог раничном слое число Ричардсона выразится в виде:

Ш. =

эТ аЪ

01)

В соответствие с теорией размерностей, коэффициент турбулентной температуропроводности выразится зависимостью:

кт" Рг^тп^ГШТ ' (12)

гДе К^- коэффициент турбулентного обм-лга импульса при нейтральной стратификации; Рг(.- турбулентное число Прандля, которое при нейтральной стратификации и при больших числах Рейнольдеа, может быть принято равным единице;

Скорость диссипации (Б) кинетической энергии турбулентности в условиях опрокидывающихся волн, на основании теоретических исследований А.Ю.Беншгава, аппроксимируется зависимостью

О

в = V

X

£

6 яг

(13)

у - эмпирический коэффициент, у а 1,0;

- средняя высота ветровых волн, определяемая в зависимости от длины разгона.волны (Ь) и скорости' ветра (№).

С учетом приведенных выше аппроксимаций, для П, В, Б уравнение (2) запишется в виде: - •

«5

Х^Г

1 +

С„

6кг

--Г"

• е -

Ш

Ргу(1 +

= У

• е

бяг

(14)

е

Подставив в уравнение <14) Ъ - Н^ , получим зависимо! оценивающую толщину слоя ветрового, перемешивания (Нзт):

sm~ x*V

■Щ-

3

ч

tí7

з

с„

6КВ8Ш , Кш

1+ — • е ЛГ . е (1

Уравнение (15) является трансцендентным и решается числен путем.

В соответствие со схематизацией формирования термоклина ближней зоне, глубина залегания последнего определится по за симости

ztlc 55 Hsm + 6 • (16

где б - толщина слоя раздела при двухслойной етратифиш

потока.

На базе экспериментальных исследований установлено, что ; автомодельной области при числах Рейнольдса движущегося с; больших 300QQ, отношение б/Н (Н - глубина воды водоема в расче ном районе) зависит только от относительной разности плотност слоев. В результате обработки экспериментальных данных на iutó получены эмпирические зависимости для определения величины 5 :

1) При всех значениях (Др/р2) < 0,002

5 = 0,20 . Н (17

2) При 0,002 < (Др/р2) < 0,013

б = Н • [ехр(- 0,3575 • 1п(Лр/р2) - 3,8222)3 (18)

3) При всех значениях (¿р/р2) > 0,013

6 = 0,108 ♦ Н (19)

Расчетные исследования уравнения (15) выполнялись на ПЭВМ

методу Эйткена-Стеффенсона. Скорость—ветра (№) принималась в диапазоне 1...20 м/с й интервалом 1 м/с; длина разгона волн - в диапазоне 1...19 км с интервалом 2 км.

Численная реализация зависимости (15) представлена графически в виде функциональных зависимостей Н&Т1 = Г ('Л; I) и \щ = Г(№; Ь) (рис.2,3). Здесь № - скорость ветра; 1> - длина разгона . волн. Данные графики удобны для практического применения и позволяют, для расчетной скорости ветра и длины разгона волн, оценить толщину слоя ветрового перемешивания и, соответственно, глубину залегания термоклина, т.е. определить возможность применения водовыпуска с водозабором совмещенного типа в глубоководном водохранилище - охладителе. . -- -В третьей главе рассмотрены вопросы по определению рациональных конструктивных параметров водовыпускных и водозаборных сооружений. Выполнена оценка влияния конструктивных параметров на гидротермический режим ближней зоны водохранилища - охладителя посредством специальных коэффициентов.

Гидротермический режим ближней зоны формируется в районе водовыпускных сооружений, где происходят наиболее интенсивно процессы тепломассообмена под воздействием перемешивания сбрасываемой теплой воды с водой водоема. В результате, в этой зоне, происходит резкое снижение температуры сбросной воды. Степень перемешивания и величина снижения температуры зависят от ■ конструктивных особенностей водовыпускных сооружений.

Характеристикой процесса перемешивания, согласно исследова-шям Харлемана, является коэффициент разбавления (п-<00+0^)/00).

Рис.2. Зависимость глубины ветрового перемешивания Нш от скорости ветра № и длины разгона волн Ь для глубоководных водохранилищ-охладителей

длины разгона волн Ь для глубоководных водохранилищ-охладителе!

0,5

1= 1,4/1 + Рг0. Ш0/Ь0) ' (20)

где Уг0 - плотностное число Фруда; !\0- толщина переливного слоя над гребнем дамбы, м; Ь0 - полуширина водовыпуска ( водосливного фронта), м, Ь0 =. 1/2«1<в; Ьд- ширина водосливного фронта; С10-циркуляционный расход, м-Ус; <3^- присоединенный расход, м-Ус. .

Как показали натурные исследования на эксплуатируемых водохранилища - охладителях, наиболее целесообразными водовыпуска-. ми, с позиций минимального перемешивания в ближней зоне, являются водораспределительные дамбы.

Для определения рациональных конструктивных параметров водовыпуска, использована зависимость Д.Харлемана и К.Стольценбаха, характеризующая площадь ближней зоны .......

«<5.з.= 550 ' <№о> ' <Ьо/Ьо?'Ч'Во <21> Анализ уравнения (21) позволил прийти к следующему выводу: площадь ближней зоны имеет минимум при рациональных значениях ширины водовыпуска (2Ь0), если глубина воды (1г0) над гребнем задана, исходя из гидравлических условий или конструктивных соображений. Исследуя на экстремум уравнение (21) относительно Ь0> получаем зависимость: ..

V /3,С|0 ' 4в(Ар/р2)й2 . (22)

а рациональная ширина водосливного фронта будет равна 1^= 2Ь0.

Подставляя зависимость (22) в (20) и решая ее относительно Ь0, получим формулу для определения глубины вода на водовыпуска, в зависимости от величины коэффициента разбавления (ц):

3.0

0,4

г? Р - 1

1,96

1г°~ ив(&р/р2))у'* '

При минимальной площади ближней зоны отношение рациональны:

параметров водовыпуска (1гп/Ь,= А) в зависимости от коэффициент!

2 2

разбавления определено по формуле А0= ~ 1) (рис.4).

I в,им 0,005 и,и|

|Ч1|||'| И tllllll.nl 11)1 ||Щ I

0 • V 0,2 0,3 0,4 0,5 0,е 0,7 0,« (1,3 1,в

пиании ОМ 0,0(53

Рис.4.Зависимость коэффициента разбавления ц от отношения конструктивных параметров А=110/Ь0водовыпускного сооружения

Как отмечалось выше, при сбросе воды от конденсаторов турбин в водоем, происходит снижение ее температуры за счет процесса перемешивания. Величина снижения температуры воды (5г) в ближней зоне выразится в следующем виде:

" - ~ • ' <24>

а коэффициент относительного снижения температуры воды на водовыпуске определится по зависимости

K8t= it/At = (t, - tgjJ/At , - ^ (25)

откуда tgra = t, - Kst« At ,. (26)

где At - перепад температур на конденсаторах турбин, At=t1-t2; tgj- температура воды в зоне перемешивания, может быть определена по зависимости

где tH- температура вода у дна водоема в районе расположения водовыпуска; t1 -температура воды, сбрасываемая от конденсаторов турбин

tt= t2r At ' (28)

t2 - температура нижнего холодного слоя водоема;

t2= tn - p.At (29)

t - осредненная температура верхнего слоя водохранилища, которая может быть определена по планам изотерм или по известным зависимостям; р - коэффициент организации движения потока по акватории водохранилища.

Из решения уравнений (26) и (27)

h ~ V At = V (ti - tH)/r'

получена зависимость, устанавливающая взаимосвязь коэффициента этносительного снижения температуры воды и коэффициента разбавления в ближней зоне:

Kst = (1 - 1/4).[(tr tH)/At) (30)

или rj = 1 /

1 KsfAt 1 - t," tIT

(31)

Для оценки влияния относительного снижения поверхностной

температуры в ближней зоне на коэффициент организации движс потока (р) на базе натурных исследований эксплуатируемых вод раншшщ - охладителей Углегорской ГРЭС, Экибастузской ГРЭС-1 Южно-Украинской АЭС, построен график функциональной зависимо f5 = í(Kgt) (рис.5) и получена аппроксимация в виде:

р = 0,3855 + 0,1470 КзГ 1,3025 0,7698 (3

Рис.5.График функциональной зависимости р = Г (К8(;)

Анализ показывает, что увеличение значения К^ характеризу ет усиление процесса перемешивания, а коэффициент р при этом ум ньшается, т.е. происходит ухудшение организации распределен теплого потока по акватории водохранилища - охладителя и, ка следствие, эффективность его охлаздекия падает.

В тесной взаимосвязи с процессами, происходящими на водовы-пуске, выполняется гидротермический расчет глубинного водозабо-

ра, основой которого является определение таких размеров и рас^ положения^водозаборных отверстий, при которых в водозабор будет поступать вода только из нижнего (гиполимниона) холодного слоя водохранилища (рис.6), т.е. < ^ (1^- глубина питания

водозабора).

Рис.6.Схема глубинного водозабора при двухслойной стратификации

При размерах высоты водозаборных отверстий (И0), удельного асхода вдоль водозаборного Фронта и скорости входа (Увх ), пределенных по ниже приведенным зависимостям, глубина питания авна

Ип'ЗЬо (33)

:ходя из этих условий, при проектировании глубинного водозабо-з, предлагается .пользоваться известными зависимостями, предло-знными М.П.Омельченко:

- рациональная высота водозаборного отверстия равна

)10 = 0,71^/й.(Лр/р2) ' . (34)

или 1г0= 1/3*1^ (35)

При этом, удельный расход, поступающий в водозаборные с верстия и входные скорости, не должны превышать максимальн допустимые значения, которые определяются по следующим завис мостям:

Цтах = 0,32^^.(др/р2) ' (36

или q „щ = (37)

УвХ.шаХ= 1'66^.(Др/р2) (40

В четвертой главе выполнен анализ натурных гидротермичесю исследований водовыпускных и водозаборных сооружений совмещены« го типа на. водохранилищах - охладителях: Углегорской ГРЭС (шк

о

щадь водохранилища Р=14,34кмс; длина Ь=7км; средняя глубш Н=10,5м; средняя ширина В=2,2км), проведенных ВНИИГ им. Б.Е.Ве денеева совместно с Харьковским отделением института "Теплопрс ект" в 1974... 1978 годах; Экибастузской ГРЭС-1 (площадь водохрг нилища Р= 19,50км2; длина Ь=5,9км; средняя глубина Н=4,6м; сре/

няя ширина В=3,0км), проведенных КазНШ энергетики в 1980___19£

годах; Южно-Украинской АЭС (площадь водохранилища Р=8,5км2; дли на Ь=9км; средняя глубина Н=Ю,0м; средняя ширина Б=0,9бкм) проведенных ХИО "Атомэнергопроект" в 1986... 1993 годах.

Результаты анализа подтвердили зависимость эффективном охлаждения водохранилища - охладителя от процессов, возникающи в ближней зоне у водовыпуска, которые формируются под воздейст вием условий сброса подогретой воды от конденсаторов турбин

:.е. в зависимости от конструктивных особенностей водовыпускных --------

¡оорукений. На Углегорской ГРЭС водораспределительные дамбы (I >чередь - фильтрующая, Lb=230m, q=0,2lM2/c," VQ=0,04.. .0,10м/с, !=1,40...1,42; II очередь - переливная, L =1б0м, q=0,56M2/c, 0-0,11...0,44м/с, i}=1,44... 1,85) обеспечивают сопряжете сбра-ываемого потока с водохранилищем с сохранением устойчивой плот-остной стратификации в ближней зоне и способствуют хорошей ор-анизации движения потока (PiO4.=0,412, /Jj.IIo4 = 0,356). На жно-Украинской АЭС при одинаковых сбросных расходах и одних и эх же метеофакторах, температура вода, подаваемая на конденса-эры турбин при работе первого (или второго) блока, будет ниже, зм при работе третьего блока на 1,3°С, что обьясняется различ-jmh конструкциями водовыпусков (водовыпуск от блока 1 (или 2) -(= 0,18м/с, ij - 1,48, Kgj-0,32, /¡=0,29; водовыпуск от блока 3 -= 0,65м/с, п=2,-40, Kgj.-0,58, /3=0,16). На Углегорской ГРЭС и ою-Украинской АЭС, независимо от направления и величины ско-)сти ветра, сохраняется плотностная стратификация, хотя при шличении скорости ветра наблюдалось понижениэ нижней границы рмоклина до 10.,. 12м. На Экибастузской ГРЭС-1, где впервые доныпусююй и водозаборный фронт практически совмощени в плане асстояние между осями сооружений 35м), также наблюдается чет-я двухслойная стратификации, несмотря на небольшую глубину доома (Н=4,6м). В районе водовыпуска (фильтрующая дамба, =430м, VQ=0,30м/с при q=0,24M?/c,) rH,43, Kgl=0,40. При этом, убина залегания термоклина в ближней зоне не превышала Зм при эрости ветра 5м/с. В глубинный водозабор (длина водозаборного

фронта 400м, глубина в районе водозабора Н=8,0м) поступает в только из нижнего слоя водоема. Коэффициент движения потока /3=0,23. В разнив годи и в разных местах водораспределитель! дамбы наблюдалось образование проранов, т.е. нарушение констр! ции дамбы, что приводило к нарушению стратификации на этих уча •гках и понижению эффективности охлаждения всего водохранилищ Коэффициент разбавления увеличивался до 11=3,35 (при У0=2,Ом/с коэффициент относительного снижения температуры в районе водов! пуска повышался до К^=0,У5, а коэффициент организации движеш потока снижался до нуля. В результате температура воды на воде заборе повышалась на 2...5°С.

Таким образом, натурные исследования водозаборных и водовы пускных сооружений, на исследуемых объектах, показали эффективность их работы при существующей объемной циркуляции в водохранилищах-охладителях. Глубинные водозаборные сооружения, расположенные в зоне водовыпусков, где зафиксирована наиболее устойчивая плотностная стратификация и наиболее интенсивное охлаждение потока, рациональны и эффективны в работе.

В пятой главе представлены результаты статистической обработки данных натурных и теоретических исследований о воздействии ветра на толщину слоя ветрового перемешивания. Для надежного контроля применены два способа статистической обработки: оценены среднеквадратичные отклонения натурных данных от расчетных значений, полученных по зависимости (15), а также выполнен корреляционный анализ.

Предельное среднеквадратичное отклонение расчетных и натур-

них результатов ^составило Хп=0,32 при коэффициенте доверия Стыо-денса 1=2,01 и доверительной вероятности Р=0,99. Абсолютное значение коэффициента корреляции при этом составило Н=0,642. Сред-неквадратическая относительная погрешность лежит в пределах 16% от среднего значения глубины ветрового перемешивания (Н8т). Это свидетельствует, что теоретическая зависимость (15). удовлетворительно согласуется с натурными, данными. Гт^Фики (рис.7) свидетельствуют, что предложенная зависимость (15) достаточно йдэква-тна в пределах рассматриваемых диапазонов и может быть использована для оценочных прогнозов воздействия ветра не плотностную стратификацию глубоководных водохранилищ - охладителей.

—— -' па гойисияести (н) Яутурньи 0цнные: 0 -пЗхно - Украинская ¿1Г(Г-Г**) • - У2/11 ¡вескал ГРЗС

;

"

: Г л-

: 9*"

; » и

; )

-

: • ООО 'Ж V

: ** - *

Xх ^ 1 1 1 1 1 3 10

Ряс.7. Сопоставление теоретических и натурных результатов

глубины ветрового перемешивания (Н^) в зависимости от скорости ветра (№) и длины разгона волн (Ь)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные теоретические исследования и анализ натурны данных в диссертационной работе, позволили получить следующи результаты:

1) Получена теоретическая зависимость для определения толщины слоя ветрового перемешивания в зависимости от скорости ветр; и длины разгона волн для глубоководных водохранилищ - охладителей. Численная реализация зависимости представлена в виде графиков (рис.2,3), удобных для практического применения и позволяющих оценить"возможность применения водовыпуска с водозаборок совмещенного типа для заданного объекта.

'2) Результаты анализа натурных исследований, выполненных ш водохранилищах-охладителях ¡эксплуатируемых станций, позволила установить, что гидротермический режим водоема и его эффективность охлаадения непосродотп'1. зависят от конструктивных особенностей водовыпускных и водозаборных сооружений и их компоновки.

3) Получены зависимости для определения рациональных конструктивных параметров водовыпускных и водозаборных сооружений совмещенного типа, позволяющий ьшюлнить их компоновку с учетом плотностной стратификации потоков.

4) Установлена взаимосвязь специальных коэффициентов, характеризующих процессы гидротермического режима, и выполнена оценка влияния на них конструктивных параметров водовыпускного сооружения.

5) Расположение водовшг/ ;:тшх и водозаборных сооружений сов-

мещенного типа в ближней зоне водоема рационально и способствует повышению его охлаждающей способности, а также ведет к экономии капитальных затрат.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1) Расчет условий образования слоя ветрового перемешивания / Программа 50-ой научно-технической конференции преподавателей и студентов ХГТУСиА.- Харьков, 1995.-С.68 (соавтор Нетюхайло А.П.)

2) Водозаборы технического водоснабжения тепловых электростанций. Методика по проектированию /Ведомственные строительные нормы Украины.- Харьков, 1995.-82с.

Антонова Л.Н.

"Водозаб1рно - водовипускн1. споруди сум1щеного тшу на водосховшцах - охолоджувачах ТЕС та АЕС"

Дисертац1я - рукопис. Спец1альн1сть -05.23.16 - Г1дравл1ка та 1нженерна г1дролог1я. Харк1вський державний техн1чний ун1верситет буд!вництва та арх1тектури. Харк1в. 1995р.

В дисертацИ, на ochobI виконаних теоретичних та експери-ментальних в натурних умовах досл1джень, розроблен1 науково об-грунтован1 методики розрахунку водовипускних та водозаб1рних споруд сум1щеного типу на водосховшцах-охолодкувачах ТЕС та АЕС. Antonova L.N.

"Withdrawal - water discharge of combined style in the cooling reservoir of WES and AES".

The dissertation is the manuscript. The speciality is 05.23.16 - hydraulics and engeneering hydrology. Kharkov state technical university of the building and architecture. Kharkov. 1995.

In the dissertation based on the performed theoretical and experimental in real conditions studies has been developed the scientifically grounded methodlcs for calculating constructive parameters seletive wlthdraval combined with discharge of warm discharge in the cooling reservoirs WES and AES.

Юшчов1 слова: водосховище-охолоджувач, стратиф1кац1я, водо-заб1рн1 та водовипускн1 споруди сум1щеного типу, теоретичн1 та експериментальн1 досл1дження в натурних умовах, шар пов1тряного перем1шення, швидк1сть в1тру, довжина розгону хвиль.