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寒区电站引水渠道抽水融冰理论与实践
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- 类 别：水利工程
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资料介绍
寒区电站引水渠道抽水融冰理论与实践
作者：宗全利
出版时间：2018年版
内容简介
《寒区电站引水渠道抽水融冰理论与实践》以新疆玛纳斯河流域红山嘴电站引水渠道为研究对象，采用原型试验、概化水槽试验、理论分析与数值模拟相结合的方法，开展了引水渠道抽水融冰机理、水温沿程变化规律、引水渠道不冻长度计算、单井和多井融冰过程模拟、井群优化布置等研究，最终获得了不同水力、热力、气候条件下抽水融冰运行优化参数，可为解决寒区引水式电站冬季运行冰害提供科学依据。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状及存在问题 3
1.2.1 影响水电站运行的冰类型 3
1.2.2 冰对水电站建筑物及设备的影响 5
1.2.3 水电站常用防冰措施 8
1.2.4 抽水融冰技术应用现状 10
1.2.5 冰水二相流研究方法 11
1.2.6 存在问题 14
1.3 选题意义及研究内容 14
1.3.1 选题意义 14
1.3.2 研究内容 16
第2章 引水渠道抽水融冰机理 18
2.1 玛纳斯河流域概况 18
2.1.1 自然地理位置及自然概况 18
2.1.2 流域地形、地貌及河相 19
2.1.3 流域气候特征 19
2.1.4 玛纳斯河水系特征 20
2.1.5 玛纳斯河水文特征及演变规律 21
2.2 红山嘴电站概况 23
2.3 引水渠道及冰情概况 24
2.4 抽水融冰井的基本概况 25
2.5 抽水融冰机理 29
2.5.1 引水渠道冰害形成过程 29
2.5.2 抽水融冰基本原理 30
2.6 引水渠道冬季运行的设计要求 31
2.6.1 结冰的引水渠道 32
2.6.2 不结冰的引水渠道 33
2.6.3 供输送冰凌和冰块用的引水渠道 33
2.6.4 输凌情况下渠道中的水流速度 35
2.6.5 渠道转弯的允许半径 38
2.6.6 根据冰凌冰结条件确定的稳定流渠段的最大长度 42
2.7 引水渠道消除冰害的设计方法 43
2.7.1 由渠道输凌 43
2.7.2 在渠道中形成冰盖层 47
2.8 本章小结 49
第3章 抽水融冰原型试验 51
3.1 试验方案 51
3.2 试验结果及分析 52
3.2.1 观测期间气温变化 52
3.2.2 融冰井及引水渠道水温 52
3.2.3 融冰井后明渠沿程水温变化规律 54
3.2.4 水井前后5m附近明渠水温变化规律 54
3.2.5 引水渠道沿程水温变化规律 55
3.3 本章小结 58
第4章 抽水融冰概化水槽试验 59
4.1 试验平台搭建 59
4.1.1 试验装置 60
4.1.2 试验方案 61
4.2 水温沿程变化规律 64
4.2.1 无井水注入 64
4.2.2 单井注水 65
4.2.3 双井注水 75
4.2.4 多井注水 82
4.3 冰花密度变化规律 90
4.3.1 渠水流量对冰花密度影响规律 90
4.3.2 井水流量对冰花密度影响规律 92
4.3.3 气候条件对冰花密度影响规律 94
4.4 渠水合流速的影响规律 95
4.5 本章小结 97
第5章 抽水融冰引水渠道不冻长度计算 99
5.1 研究背景 99
5.2 不冻长度的理论分析 100
5.3 计算结果及分析 104
5.3.1 红山嘴电站引水渠道实测结果 104
5.3.2 红山嘴电站引水渠道不冻长度计算 105
5.3.3 与其他公式的对比 109
5.3.4 不冻长度的影响因素分析 110
5.4 本章小结 113
第6章 单井条件下抽水融冰过程概化模拟 115
6.1 研究背景 115
6.2 抽水融冰基本数学模型及验证 116
6.2.1 基本数学模型 116
6.2.2 基本数学模型验证 118
6.3 红山嘴电站引水渠道单井抽水融冰模型建立 123
6.3.1 计算模型及网格生成 123
6.3.2 边界条件 124
6.4 模拟结果及分析 124
6.4.1 模拟结果与实测结果对比 124
6.4.2 不同边界条件下水温变化过程模拟 126
6.4.3 流量与温度同时变化对抽水融冰效果的影响 130
6.5 本章小结 132
第7章 多井条件下抽水融冰过程概化模拟 134
7.1 研究背景 134
7.2 红山嘴电站引水渠道多井抽水融冰模型建立 135
7.2.1 研究区域 135
7.2.2 模型建立及网格生成 136
7.2.3 求解方法和边界条件 137
7.3 模拟结果及分析 138
7.3.1 模拟结果验证 138
7.3.2 水流速度和温度模拟结果分析 139
7.4 不同边界条件下水温变化过程模拟 142
7.4.1 井水流量变化对渠道混合水温的影响 142
7.4.2 井前渠道水温变化对渠道混合水温的影响 144
7.5 井群合理优化布置 145
7.5.1 不同井前渠道流量条件下井群的合理布置 146
7.5.2 不同大气温度条件下井群的合理布置 146
7.6 本章小结 147
第8章 抽水融冰数学模型在水温分层型水库中的应用 149
8.1 水库水温的变化特性 149
8.2 抽水融冰水温模型在分层水库的应用 150
8.2.1 水动力学方程 150
8.2.2 温度方程 152
8.2.3 边界条件 152
8.2.4 工程实例 153
8.2.5 结果分析与讨论 153
8.3 本章小结 162
参考文献 163
作者：宗全利
出版时间：2018年版
内容简介
《寒区电站引水渠道抽水融冰理论与实践》以新疆玛纳斯河流域红山嘴电站引水渠道为研究对象，采用原型试验、概化水槽试验、理论分析与数值模拟相结合的方法，开展了引水渠道抽水融冰机理、水温沿程变化规律、引水渠道不冻长度计算、单井和多井融冰过程模拟、井群优化布置等研究，最终获得了不同水力、热力、气候条件下抽水融冰运行优化参数，可为解决寒区引水式电站冬季运行冰害提供科学依据。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状及存在问题 3
1.2.1 影响水电站运行的冰类型 3
1.2.2 冰对水电站建筑物及设备的影响 5
1.2.3 水电站常用防冰措施 8
1.2.4 抽水融冰技术应用现状 10
1.2.5 冰水二相流研究方法 11
1.2.6 存在问题 14
1.3 选题意义及研究内容 14
1.3.1 选题意义 14
1.3.2 研究内容 16
第2章 引水渠道抽水融冰机理 18
2.1 玛纳斯河流域概况 18
2.1.1 自然地理位置及自然概况 18
2.1.2 流域地形、地貌及河相 19
2.1.3 流域气候特征 19
2.1.4 玛纳斯河水系特征 20
2.1.5 玛纳斯河水文特征及演变规律 21
2.2 红山嘴电站概况 23
2.3 引水渠道及冰情概况 24
2.4 抽水融冰井的基本概况 25
2.5 抽水融冰机理 29
2.5.1 引水渠道冰害形成过程 29
2.5.2 抽水融冰基本原理 30
2.6 引水渠道冬季运行的设计要求 31
2.6.1 结冰的引水渠道 32
2.6.2 不结冰的引水渠道 33
2.6.3 供输送冰凌和冰块用的引水渠道 33
2.6.4 输凌情况下渠道中的水流速度 35
2.6.5 渠道转弯的允许半径 38
2.6.6 根据冰凌冰结条件确定的稳定流渠段的最大长度 42
2.7 引水渠道消除冰害的设计方法 43
2.7.1 由渠道输凌 43
2.7.2 在渠道中形成冰盖层 47
2.8 本章小结 49
第3章 抽水融冰原型试验 51
3.1 试验方案 51
3.2 试验结果及分析 52
3.2.1 观测期间气温变化 52
3.2.2 融冰井及引水渠道水温 52
3.2.3 融冰井后明渠沿程水温变化规律 54
3.2.4 水井前后5m附近明渠水温变化规律 54
3.2.5 引水渠道沿程水温变化规律 55
3.3 本章小结 58
第4章 抽水融冰概化水槽试验 59
4.1 试验平台搭建 59
4.1.1 试验装置 60
4.1.2 试验方案 61
4.2 水温沿程变化规律 64
4.2.1 无井水注入 64
4.2.2 单井注水 65
4.2.3 双井注水 75
4.2.4 多井注水 82
4.3 冰花密度变化规律 90
4.3.1 渠水流量对冰花密度影响规律 90
4.3.2 井水流量对冰花密度影响规律 92
4.3.3 气候条件对冰花密度影响规律 94
4.4 渠水合流速的影响规律 95
4.5 本章小结 97
第5章 抽水融冰引水渠道不冻长度计算 99
5.1 研究背景 99
5.2 不冻长度的理论分析 100
5.3 计算结果及分析 104
5.3.1 红山嘴电站引水渠道实测结果 104
5.3.2 红山嘴电站引水渠道不冻长度计算 105
5.3.3 与其他公式的对比 109
5.3.4 不冻长度的影响因素分析 110
5.4 本章小结 113
第6章 单井条件下抽水融冰过程概化模拟 115
6.1 研究背景 115
6.2 抽水融冰基本数学模型及验证 116
6.2.1 基本数学模型 116
6.2.2 基本数学模型验证 118
6.3 红山嘴电站引水渠道单井抽水融冰模型建立 123
6.3.1 计算模型及网格生成 123
6.3.2 边界条件 124
6.4 模拟结果及分析 124
6.4.1 模拟结果与实测结果对比 124
6.4.2 不同边界条件下水温变化过程模拟 126
6.4.3 流量与温度同时变化对抽水融冰效果的影响 130
6.5 本章小结 132
第7章 多井条件下抽水融冰过程概化模拟 134
7.1 研究背景 134
7.2 红山嘴电站引水渠道多井抽水融冰模型建立 135
7.2.1 研究区域 135
7.2.2 模型建立及网格生成 136
7.2.3 求解方法和边界条件 137
7.3 模拟结果及分析 138
7.3.1 模拟结果验证 138
7.3.2 水流速度和温度模拟结果分析 139
7.4 不同边界条件下水温变化过程模拟 142
7.4.1 井水流量变化对渠道混合水温的影响 142
7.4.2 井前渠道水温变化对渠道混合水温的影响 144
7.5 井群合理优化布置 145
7.5.1 不同井前渠道流量条件下井群的合理布置 146
7.5.2 不同大气温度条件下井群的合理布置 146
7.6 本章小结 147
第8章 抽水融冰数学模型在水温分层型水库中的应用 149
8.1 水库水温的变化特性 149
8.2 抽水融冰水温模型在分层水库的应用 150
8.2.1 水动力学方程 150
8.2.2 温度方程 152
8.2.3 边界条件 152
8.2.4 工程实例 153
8.2.5 结果分析与讨论 153
8.3 本章小结 162
参考文献 163
