Модификация и адаптация глобальной трехмерной математической модели для определения характеристик гидродинамического и термического режимов водоемов-охладителей при изменяющихся внешних воздействиях и батиметрии. Перспективность ее использования.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук совершенствование методов прогноза гидродинамического и термического режимов водоемов-охладителейВ связи с непреходящей актуальностью проблемы водопользования исследования внутренних водоемов на протяжении всей истории гидрологии и океанологии играли одну из ведущих ролей. Особое значение такие исследования приобрели в связи с возросшим антропогенным воздействием на экосистемы водоемов. Интенсивное развитие математического моделирования в области океанологии и гидрологии, происходящее в последнее время, предоставляет все новые возможности для исследования природных процессов, влияющих на состояние внутренних водоемов, антропогенного воздействия на них и оценки возможности их использования. В связи с этим основной целью работы была адаптация небольшого количества, а по возможности одной модели, с помощью которой можно будет исследовать гидродинамический и термический режимы внутренних водоемов (озер, водохранилищ и водоемов-охладителей). Одной из главных задач исследования представляется обоснование критериев выбора размерности модели в зависимости от морфометрических параметров водоема и масштабов внешних воздействий, формирующих происходящие в нем процессы.В первой главе работы изложены процессы, происходящие в открытых водоемах и в водоемах под поверхностью льда, условия и стадии формирования льда, а также характеристика и классификации водоемов-охладителей, особенности их термического режима и термическая структура. В разделе изложены условия, необходимые для развития ледообразования, механизм охлаждения водоемов и их отдельных участков в зависимости от размеров, проточности и других условий, образования разнообразных ледовых форм и замерзания водоемов, завершаемого ледоставом. Для оценки температуры охлажденной циркуляционной воды на основе решения уравнения теплового баланса рекомендуется применять один из двух показателей - параметр распределения температуры ПТ, используемый при существенных изменениях условий теплообмена водоема-охладителя с атмосферой и отражающий снижение температуры охлажденной циркуляционной воды относительно среднего температурного уровня в водоеме-охладителе, или коэффициент использования Кисп, который вводится исходя из сопоставления рассматриваемого реального водоема-охладителя и эквивалентного ему по охлаждающей способности условного прямоугольного водоема с плоскопараллельным течением. (2) где h1 - толщина верхнего слоя при штиле; L, В, Н - длина, ширина и средняя глубина водоема-охладителя соответственно; f - коэффициент трения на поверхности раздела слоев; Q - циркуляционный расход; ? - коэффициент разбавления на водовыпуске; b - коэффициент температурного расширения воды; ?Т - температурный перепад водоема-охладителя, принимаемый равным температурному перепаду на конденсаторах турбин; g - ускорение свободного падения. Рассматривается необходимость учета ряда факторов при расчете температуры водоема-охладителя по уравнению теплового баланса, включения ряда составляющих в уравнение теплового баланса при существенном изменении объема воды в водоеме-охладителе и соответствующем изменении теплосодержания.Оценка современного состояния исследования и сравнительный анализ существующих методов показали, что для решения поставленных в работе задач использование трехмерной модели позволит выделять вертикальную структуру потока, изменения которой в существенной степени влияют на процессы массо-и теплообмена. Проведена серия натурных исследований, анализ результатов которых показал, что интенсивное зарастание водоемов пока не привело к изменению положения уреза воды; распределение глубин в большинстве озер имеет достаточно сложный характер; на акваториях озер имеются ложбины и гребни сложной конфигурации, осложняющие циркуляцию вод и приводящие к образованию застойных зон и увеличению времени охлаждения; наибольшая скорость течений наблюдается в местах сужений потока в плане (каналах, протоках, прорезях в дамбе), а рассеяние потока происходит на довольно близком расстоянии от выхода струи из места сужения. Измерение глубин и картографическое определение площади озер позволили рассчитать объемы озер и оценить их как мелководные. Исходя из порядка величин расходов воды на водовыпусках и расходов воды в местах сужений, определены параметры водообмена водоемов-охладителей. Для верификации модели GETM в применении к системе водоемов-охладителей Шатурской ГРЭС проводились численные эксперименты с заданием в качестве начальных условий реальных метеорологических условий и известных параметров выпусков нагретой воды с ГРЭС, при которых проводились натурные измерения вертикальных распределений скоростей течений и температуры воды по акватории водоемов.