数值模拟水环境污染的一种L_∞稳定的分步杂交方法

本文提出了一种数值求解对流扩散方程的分步杂交方法。在不规则的三角形网格上,采用迎风离散格式或改型特征线方法处理对流算子;采用集中质量的有限元方法处理扩散算子。详细分析了这种算法的稳定性问题,在数学上严格证明了在满足①Δt≤min(2d/V,d~2/3K),其中d是三角形网格中最短垂线的长度,V和K分别为流场中的最大速度和扩散系数。②所有三角形的内角θ≤(π/2)的条件下,整个计算格式是L_∞稳定的,从而保证了在海洋环境和水质的数值模拟中海水的盐度、污染物的浓度和核电站冷却水系统中的超温不会出现负值。应用非线性的对流扩散方程对此方法的精度和收敛性进行了检验。通过数值解与精确解的比较,表明本方法是收敛的,用改型特征线方法处理对流算子较迎风离散格式有更高的精度;两种处理对流算子的方法都没有伪振荡现象的发生。本方法由于具有算法简单、L_∞稳定、计算网格灵活等优点,可推广使用于实际的海洋环境(潮波、海流、海洋污染)、港口和海湾的数值模拟以及不可压粘性流和对流传热问题的数值计算。     

绕方柱流脉动压力场的大涡模拟

采用有限差分法，对雷诺数为22000的绕方柱流的脉动压力场进行了三维大涡模拟。采用时间分解算子法，将N－S方程分为对流分步、扩散分步和传播分步，再分别进行计算，在大涡模拟中，用两层模型处理Smagorinsky模型在近壁区模拟结果的发散问题。计算的压力场以及阻力系数、升力系数和Strouhal数均与试验结果较为吻合。     

直流循环水系统水力瞬变流计算研究

在恒定流计算中根据不同管材采用相应的糙率,结合各管段之间的平面转角、纵向转角、变径管、伸缩节等局部水头损失,分别求出此段的综合水力摩阻参数λ;在瞬变流计算中运用有压管道水击方程、水泵机组惯性方程、水泵特性曲线和冷却水凝汽器相容方程,用特征线法对某核电站直流循环水系统典型工况的瞬变流进行数值分析计算。主要计算了断电停泵工况下防水锤措施及前池水位波动情况,启泵安全间隔时间等,为核电站安全稳定运行提供了技术依据。     

田湾核电站海域潮流泥沙数值模拟研究

建立了基于不规则三角形网格的考虑波浪及其破碎作用的潮流泥沙数学模型,在对模型进行充分验证的基础上,对田湾核电站海域的潮流泥沙进行了数值模拟,对潮流场泥沙场特征进行了分析;对连云港港口扩建(旗台港区建设)规划方案对田湾核电站已建取水工程的影响进行了数值模拟研究,计算了取水明渠口门附近岸滩的冲淤变化及取水口设计水深等深线的位移.研究结果表明:连云港港口扩建后,已建的田湾核电站取水明渠口门附近水域变成泥沙淤积环境,滩面将会淤高,设计的取水口门水深等深线将会外移,核电站正常取水将会受到影响.     

潮流海域冷却水运动的模拟验证

本文为潮流水域中电厂冷却水运动模型试验、数值计算与原体实测资料的对比分析。某电厂装机容量１４００ＭＷ＜利用辽东湾作为电厂冷却水的受纳水体。为了研究冷却水在此潮汐水域中的运动特性，预报电厂取水水温，并为了验证数模、物模结果的可靠程度，先后进行了数值模拟计算、物理模型试验和大规模的原体现场观测。数值模拟采用具有Ｌ∞稳定的分布杂交法，在边界条件中充分考虑了局部地形特点，做了特殊处理；物理模型取用比尺Ｌｒ     

纯对流方程的高阶格式及标量传输方程的分步—迭加算法

本文基于迭加法则提出对流扩散反应型标量传输方程的一种分步——迭加算法,认为传输量的变化由两部分所贡献,其一是计算初始时刻传输量的对流扩散,其二是反应项的对流扩散。在两个分步的计算中,采用算子分裂法求解形式上与原方程不含反应项时的形式类似的对流扩散方程。对于纯对流方程,基于特征理论和带一阶导数的三节点插值法则,发展三类新的高阶格式,分别具有四、五、六阶精度。实例计算分析表明:算法可以有效地控制数值耗散等非物理效应的产生,即便是对流占优问题。从而可应用于热质传输过程的数学模拟。     

基于Flowmaster的核电站循环冷却水系统泵出口阀关闭规律优化研究

合理设定循环水泵出口阀的关闭规律,从而减小系统的水锤/气穴、避免泵倒转运行及减小系统负流量值对核电站循环冷却水系统的安全稳定运行有重要意义。针对国外某核电站循环冷却水系统配置情况,基于Flowmaster软件对泵出口阀关闭规律进行优化研究。首先根据稳态压力参数与原型的对比,验证了模型的正确性,然后进行过渡过程计算,得出了泵出口阀关闭规律与系统运行参数的关系,从而得到满足工程运行要求参数下的泵出口阀关闭规律。     

波流共同作用下围垦促淤计算方法研究

在改进王义刚等提出的淤泥质海岸围垦淤积计算方法基础上,提出了波流共同作用下围垦促淤计算方法。采用实测水沙资料对挟沙力公式进行率定,得到了横沙东滩水域波流共同作用下半潮平均水沙关系式,其相关系数明显优于仅考虑潮流作用的水沙关系式。采用上述计算方法和水沙关系式对横沙东滩促淤圈围工程的淤积效果进行计算,计算结果与实测值较为接近。由于考虑了波浪作用对含沙量的贡献,比仅考虑潮流作用的计算模式具有明显优势,以后可进一步尝试采用本模式研究砂质和粉砂质潮滩促淤效果问题。     

核电站融冰数值模拟及回水管布置优化研究

寒区核电站在冬季引水过程中,为了防止水内冰对电站安全运行构成威胁,需要开展防冰设计和研究。利用机组冷却水提升引水渠道中的水温是目前比较理想的水内冰防治方法。本文针对紊流条件下水内冰相变计算难题,提出了紊动条件下水内冰相变计算方法,经过研究发现影响融冰效率的关键在于冷热水掺混时间。于是从结构和运行两个方面进行了优化,以促使冷热水掺混位置向上游方向移动,延长冷热水掺混时间,提高融冰效率。在本算例中,冷却水融冰效率随水内冰质量浓度的增加而增大,当水内冰质量浓度为0.84%时,相应的融冰效率为30%。     

地下核电站裂隙岩体中核素运移分析

地下核电站将反应堆等涉核建筑物布置于稳定的山体中,在厂址选择时必须评价极端严重事故工况下可能的地下水污染对外界环境的影响。结合地下核电站洞室群赋存岩体特征,提出采用以三维渗透系数张量表示的等效连续介质模型模拟裂隙岩体渗流特性,建立"隐含断层"渗流模型,求解洞室群三维渗流场。并以该渗流场为基础,进行核素运移计算。对某初选的地下核电站厂址进行模拟计算表明:在渗控措施作用下,地下洞室群工程区处于"疏干"状态;即使在严重事故工况下,向反应堆洞室内注入冷却水后,洞室内外渗流场不连通,核素不会随消防水渗入外界。