矩形渡槽冬季輸水水溫預(yù)測研究.pdf

1、我國水資源在地域上分配不均勻，為了使水資源得到優(yōu)化配置，國家已興建了一批長距離引水工程，而渡槽是一種常見的輸水結(jié)構(gòu)。由于用水需求，渡槽有時(shí)候需要冬季輸水。西北地區(qū)冬季氣溫偏低，日溫差和年溫差較大，采用渡槽輸水時(shí)水易結(jié)冰，使整個(gè)輸水過程受阻，對保證輸水和結(jié)構(gòu)安全有不利的影響。寒冷地區(qū)輸水水溫對于結(jié)構(gòu)的凍脹破壞和安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用，而現(xiàn)在關(guān)于低溫工況下渡槽中水體的熱量損失與水溫變幅的研究甚少。本文以引大入秦工程莊浪河渡槽為例，研究

2、渡槽在冬季低溫工況下輸水時(shí)的水溫變化及水的散熱，并進(jìn)行表面保溫計(jì)算，研究成果可為類同的工程提供參考。
　　本文使用流固耦合原理，應(yīng)用ANSYS/FLOTEAN CFD計(jì)算軟件建立了渡槽的空間模型，計(jì)算出渡槽的溫度場分布、流速分布以及流體通過渡槽的熱通量。根據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱過程進(jìn)行理論分析，并引用導(dǎo)熱微分方程和牛頓冷卻公式進(jìn)行計(jì)算，采用模型和理論計(jì)算相結(jié)合的方式，計(jì)算出水溫的變化和熱量損失。
　　通過對于不同工況下流體的計(jì)算，結(jié)果表

3、明:渡槽水體的熱量損失及溫降的主要影響因素有渡槽的長度、流體的入口速度、大氣溫度、以及有無保溫措施。水溫降低主要是由于流體溫度與外界大氣溫度不一致，產(chǎn)生溫差導(dǎo)致的。流體與冷空氣進(jìn)行進(jìn)行對流換熱，并且通過渡槽進(jìn)行熱傳導(dǎo)，流體與冷空氣的溫差越大，散熱速率更快，熱量損失更多，水溫降低幅度更大。隨著渡槽長度增加，水的熱量損失與溫度降低越多，水的散熱速率與溫降速率卻逐漸變小。外界環(huán)境溫度相同的情況下，水的入口流速越小，在同一長度處滯留的的時(shí)間越多

4、，熱量損失相應(yīng)的增多。在所研究的幾種工況下，水溫最低降至0.561℃，接近于冰點(diǎn)0℃。因此應(yīng)該對渡槽采取相應(yīng)的保溫措施來防止水溫降低幅度過大。
　　對比分析了在槽身外表面附有聚氨酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料兩種材料的保溫板分別以2cm、5cm、7cm的厚度進(jìn)行保溫時(shí)的熱通量。通過簡單的對比，表明:同種材質(zhì)的保溫板保溫效果隨其厚度的增加而增大，保溫板越厚，熱通量越小，保溫效果就越好;相同厚度的保溫板，聚氨酯保溫板的保溫效果優(yōu)于聚苯乙