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随着江水源热泵系统投入运行的日益增多,江水源热泵温排水对水环境影响的问题日渐显现。由于江水源热泵温排水的温度高于日常水体温度,大量的这类温排水进入水环境所造成的“热污染”,对江河水体的各项水质参数都会产生不同程度的影响,并进一步影响生态环境系统的平衡,进而对水域周围的人类生活环境产生难以估计的影响。为此,针对江水源热泵在不同排放方式及出流方式下温排水对江河水域的环境温度影响进行实验研究,确定温排水对水环境温度影响最小的排放方式,探寻江水源热泵温排水的水温扩散规律,建立温排水水温扩散数学模型。为进一步深入研究江河水域的环境热容量,以及控制江水源热泵温排水的排放总量等提供必要的基础数据、资料,已成为迫切需要解决的问题。
论文主要研究内容及结果、结论如下:
1)模拟长江水域情况,建立河道物理模型,通过构建温度传感器网络,实时监测温排水在淹没式排水、表面式排水与射流式排水等3种排水方式,以及以上3种排水方式在10种不同出流方式下河道物理模型内的温度变化。采用权值优选法,对温排水的排放方式及出流方式进行优选。然后依据优选值按大小排序的原则,确定出较好的排水方式依次为:逆流单口表面式排水方式、垂向单口淹没式排水方式、垂向双口射流式排水方式,其中最优的排水方式为逆流单口出流的表面式排水方式。3种较好的排水方式中:表面式排水方式平均温升较小,射流式排水方式最高温升较小,淹没式排水方式影响范围较小。
2)采用虚拟仪器技术,借助LabVIEW软件平台,构建了水温监测实时三维动态显示系统。该系统通过曲线趋势图与三维动态视图的形式,直观显示了河道模型内各测温点的温度值及温度的变化情况,并能对现场数据进行初步处理。
3)建立了模拟河道的三维温度扩散数学模型,为确定河道内任意点的温升值,提供了数值计算方法。该模型结合了流速场与温度场内各相关指标的关系,并依据长江水流水文地质状态及环境特征确定了模型的粘涡系数Mz,横向扩散系数My,弥散系数Mx,横向反射系数Ky与垂向反射系数Kz,采用追赶法与微分求解的数学方法求解,并用优选排水方式下的实测温度值,对数学模型涉及的相关参数进行了修正。通过将模型计算值与温度传感器实测的温度值进行比较,结果绝对误差≤O.1685℃,相对误差≤O.68%,验证了该三维温度扩散数学模型的准确性。
4)在最优排水方式,即逆流单口表面式排水方式下用数学模型对试验模型温排水的热扩散范围进行了应用研究,结果表明,平均温升为0.1℃的污染带长72m,宽3.43m,污染带面积97.2m2,当试验模型温排水流量增大1倍时,平均温升为O.1℃的污染带长147.6m,宽3.67m,污染带面积213.3m2。论文将模型应用于重庆喜来登商务大酒店江水源热泵项目进行预测研究,结果表明,温排水时,平均温升为0.1℃的污染带长20000m,宽700m,污染带面积5.49km2;冷排水时,平均温降为O.1℃的污染带长2200m,宽280m,污染带面积0.24km2。