内陆核电液态流出物排放口型式优化研究

液态流出物排放方式优化是内陆核电重点关注的问题之一,本文针对国内某内陆核电厂址液态流出物排放口型式进行优化研究,以提高初始稀释度,降低液态流出物排放对环境水体的影响。选取CORMIX软件作为优化工具,采用河道实体模型试验近区稀释度测量结果对CORMIX断面概化合理性进行了验证分析,在此基础上对单喷口和多喷口排放的出流水平方位角、垂向仰角、出流流速,多喷口间距等参数进行了优化,提出了各参数适宜的取值范围。研究表明,本厂址水深有限,采用水平深层排放加强垂向掺混能获得更好稀释效果,同等环境流速、水深,采用相同的排放仰角、排放流速和排放位置等设计参数,多喷口排放型式稀释效果优于单喷口。本文结果可供工程设计和相关研究参考。     

核电厂冷却水及含放射性液态流出物的三维数值模拟

建立河道三维水流和冷却水及含放射性液态流出物三维数学模型,对某滨河核电厂冷却水排放及含放射性液态流出物核素分布进行数值模拟研究,分析厂址排水口附近的温度场和浓度场的扩散规律。研究结果表明:方程中考虑排放口的流量动量,可合理反映扩散管周边的流态;厂址独特的河弯水力特性,使得不同扩散管布置对排放物质的稀释结果影响不大;各方案0.1℃温升线均未超过河道宽度的1/4,影响范围枯水期最大、洪水期最小,温升分布在排水口附近不均匀,但越往下游越均匀;下泄流量越大对核素的稀释作用越大,各方案稀释1 000倍时的影响长度均在3.5km左右;核素排放对上游影响很小,最大回溯距离不超过200m。这些结论可为工程设计、建设及运行提供技术服务,也对内陆核电环境问题的相关研究具有参考价值。     

顺直河道小型堆厂址温排水及液态流出物扩散计算公式及验证

根据小型堆内陆厂址的排水特点,针对概化有代表性的顺直矩形断面河道,在排水流量和排水温升及污染物相对浓度一定的条件下,通过数学模型研究不同河道宽深比和来流比情况下的温升分布和液态流出物浓度分布规律。利用无量纲的环境水体特征参数,提出温排水影响范围、液态流出物浓度场特征参量的估算公式,以及排水口下游1km断面处相对浓度特征量变化规律,并经过了实际验证。根据规范关于温排水、液态流出物的环保要求,提出了所需的最小河道来流量,可作为内陆小型堆选址、环境影响的依据和参考。     

弯道流水域热浮力排放扩散器参数优化物理模型试验研究

弯道河流水域排放口布置常选择在弯道凹岸侧,以充分利用弯道环流加快稀释,然而弯道环流条件下排放口近区稀释特性与均匀流条件下存在较大差异,相关研究较少。本文在大比例尺物理模型试验中模拟复杂地形和弯道流动条件下扩散器热浮力排放近区稀释规律,采用平面激光诱导荧光(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)技术进行断面浓度测量,分析了弯道环流对近区浮射流稀释扩散的影响,对扩散器出流仰角、出流水平方位角和离岸距离等进行了优化,在此基础上提出了适用于弯道水域地形条件热浮力排放的近水平非等高多喷口离岸向排放型式。研究结果对于类似弯道水域热浮力排放扩散器优化研究具有参考意义。     

孟加拉湾巴瑞萨河口温排放初始稀释特性研究

为提高温排放的初始稀释度、减小排口近区超标区域,扩散器常被用于电厂排海工程。本文采用CORMIX经验模型与Realizable k-ε紊流模型相结合的方法,开展了孟加拉湾河口水域燃煤电厂排水扩散器的参数优化及温排水稀释特性研究。首先分析了扩散器长度、出流角度、出流流速等参数对初始稀释的影响,并对扩散器型式进行了比选,提出潮汐水域采用交错型扩散器有利于增大近区稀释度。针对推荐扩散器,研究依据准恒定假设,模拟了涨潮、高平、落潮、低平四个特征潮态的温排水稀释扩散过程。结果表明:不同潮态的温度场空间结构、温升分布及稀释效果具有显著差异,低平潮对温排水掺混稀释最为不利;涨潮与落潮时顺流向与逆流向的喷口射流结构也不尽相同,顺流向射流更加细长。研究成果可为电厂排放口工程设计与环境影响评价提供技术支撑,也可为浅水型海域扩散器选型提供参考。     

复杂水情下H-ADCP流量在线监测推流方法

为提高受水利工程影响测验断面推流精度及提升H-ADCP流量在线监测系统水平,综合考虑仪器入水深、落差等因素,建立多元线性回归模型推算断面平均流速,利用最小二乘法求解模型参数;同时针对小流量下推流精度低的问题,充分考虑相关性较强的单个流速网格单元,采用机器学习中的LASSO回归模型进行参数估计,充分挖掘每个网格流速与实测...     

同流多孔热水浮力射流排放特性实验研究

水环境污染问题是当今世界各国所普遍关注的重大问题.城市污水,热电、核电厂的冷却水排放过程都与射流有关,因此,研究各种污水处理工程中排放口附近的流动特性具有重要的理论和实际意义.利用声学多普勒流速仪(ADV)测速系统和数字温度仪研究了同向三圆孔热水浮力射流的排放特性,得到了流速和温度的分布、不同孔间距和流速比的射流轨迹线、射流中轴线上的速度和温度衰减.探讨了相对孔间距和流速比对多孔浮力射流流动变化特性的影响,实验和数值模拟反映的变化规律相一致,射流轴线速度和温度衰减变化明显的区域主要集中在80～90倍的射流直径范围内;射流温度相同时,流速比越大,中轴线上温度和速度衰减越快,射流轨迹线向上抬升的趋势越小;孔间距越小,射流轨迹线向上抬升的趋势越明显.     

漂流河段水动力数值模拟研究

为了给水利枢纽下游河道整治规划提供技术支撑并提出漂流供水方案,采用二维全水动力模型,对水利枢纽下游河道整治前后不同泄水工况进行模拟。以三河口水利枢纽下游河道为例,河道两侧风景优美且暗礁险滩较少,河床高程为514~526 m,河床砂卵石层厚度5~10 m,为实施漂流项目提供了保证,结合上游水利枢纽调度运行情况,计算了各个泄水工况下不同断面的水力要素及相关统计信息,并根据计算结果提出河道整治及漂流供水方案。结果表明,该二维水动力模型能高效高精度对水利枢纽下游河道进行不同泄水工况下的模拟,为河道水上娱乐设施规划提供了有效的技术支撑,并从节约水资源及减少工程施工量的角度建议对河道进行6 m疏浚,在此工况下上游水利枢纽仅需泄水4 m3/s,此时河床断面最大水深最小值为0.50 m,断面水面最小宽度为4 m,断面最小流速为1.02 m/s。     

溶质运移中多孔介质弥散度影响因素的SPH模拟研究

借助光滑粒子流体动力学(SPH)方法,本文从流体质点运动和溶质扩散的物理本质出发,设计并进行孔隙尺度下多孔介质中溶质运移的仿真实验,进而分析多孔介质弥散度影响因素,并讨论弥散度与多孔介质结构参数的关系。通过离散化N-S方程和Fick扩散方程,建立描述孔隙水流动的SPH水动力模型和描述溶质分子扩散的扩散模型,求解出在低Pe数下对流扩散方程的一维定解问题,检验了模型的准确性。在高Pe数流场中,进行了恒定流速的黏性流体穿透多孔介质薄层的仿真实验,计算结果可准确模拟出过水断面上各流体质点的流速差异、流体质点在多孔介质中的弥散过程以及流体质点的迂曲绕流过程;通过建立三段理想化的孔隙通道模型,发现在迂曲路径相同时,速度差对机械弥散度仍有显著影响。最后,为探究弥散度与多孔介质结构参数的关系,生成了多组随机粒径的二维多孔介质进行溶质穿透仿真实验。计算结果表明,弥散度与流速变异系数、迂曲度、迂曲路径差以及不均匀系数大致呈正相关,与孔隙率呈负相关。     

复合墩台局部冲刷试验研究

局部冲刷一直是冲积性河流中墩台失稳和水毁的主要原因,也一直是跨河工程可研与设计中需重点研究的问题。目前研究主要集中在单个墩台方面,对大型跨河工程复合墩台的局部冲刷研究较少。以长江苏通500kV过江电缆工程复合墩台为例,采用正态概化模型研究了复合墩台局部冲刷坑形态、范围及深度,阐明了局部冲刷的影响因素和规律。试验表明：大水深工况有利于复合墩台形成更大的局部冲刷坑,局部冲刷坑的相对长度、相对宽度和相对最大深度均与相对行近流速呈正相关关系。单墩比复合墩台相对冲刷深度要大,复合墩台相对最大冲刷深度与单墩相对最大冲刷深度的比值随相对行近流速增大而增大,范围在0.05～0.20。研究成果可为解决跨江大桥或电缆通道建设中的墩台局部冲刷问题提供参考。     

A novel pre-dilution,swirling jet diffuser to enhance effluent mixing: Hydrodynamics and dilution performance

Diffusers are widely-used to quickly dilute effluents in receiving water bodies. This study proposed a novel diffuser that pre-mixes effluent with ambient water before discharging and that uses the swirling jet to further enhance near-field dilution. The nozzle of the diffuser was examined in two ambient flow conditions: co-flow and counter-flow that are commonly-met in the environment such as oceans due to tidal effect. Physical experiments were first conducted in co-flow on its dilution performance and hydrodynamics, using heated water as the effluent. A 3-D CFD model was developed and calibrated the co-flow scenarios, and then used to investigate the diffuser in counter-flow. The results showed that the nozzle can effectively reduce the maximum temperature rise of the effluent by about 50 % before discharging. The swirling jet from the outlet has a larger shear area, half-width and entrainment rate, enabling the effluent to be rapidly diluted to a minimum of around 10 times at x/D = 6 in co-flow, whereas the dilution for conventional nozzles is about 1 because of the potential core. The flow amplification ratio (α) decreases gradually with increasing velocity ratio in co-flow but increases with increasing velocity ratio in counter-flow. The counter-flow reduces the water drawn into the device; however, the pre-dilution effect at the outlet remains stable. The near-field dilution in counter-flow was significantly enhanced than that in co-flow. Environmental regulations at outfalls and mixing zones can be more easily met using this novel diffuser.     

基于水文条件的内陆核电厂放射性液态流出物动态排放模拟研究

以某内陆核电厂址为例,选取90%频率环境来流作为设计基准,建立放射性液态流出物排放量与环境流量等比分配的动态排放模式,采用EFDC数学模型作为模拟手段,分析基准年逐月来流过程放射性液态流出物排放分配方式与环境水体中核素浓度变化的关系,模拟常态化实际来流过程中放射性液态流出物动态排放控制条件和水域浓度规律。应用于典型案例,提出瞬时排放量控制上限与环境流量等比例动态分配相结合的动态排放控制方式,并提出瞬时排放量上限的合理取值为3倍年均排放速率。结果表明,该动态排放控制方式可有效降低受纳水域高浓度出现时间,并实现最大峰值浓度合理控制,削弱放射性液态流出物排放对环境水体的影响。这对内陆核电厂排水管理具有重要指导意义。     

内陆核电厂放射性废液中硼酸的反渗透分离实验研究

建设内陆核电是我国经济社会发展的必然需求,但由于内陆核电自然环境和社会环境的特殊性,必须更进一步考虑排放对环境和公众的安全影响,对放射性废液进行深化处理,在解控排放的基础上进一步降低排放水平。本文在内陆AP1000机组已实施的放射性废液处理系统改进的基础上,开展了放射性废液深化处理研究,通过大量实验考察了不同进水pH值、硼浓度、含盐量、水温等水质条件和不同工作压力、回收率等运行条件下反渗透装置对硼酸的去除性能和对模拟放射性核素的截留能力。结果表明,通过控制适当的工艺条件,可以去除废液中80%以上的硼酸,同时保持很好的核素去除效果,达到进一步降低排放水平的目的。研究成果可为内陆核电厂放射性废液处理系统深化处理工程应用提供有力的技术支撑,并为后续内陆核电放射性废液深化处理提供参考。     

基于环形旋转射流的预掺混扩散器水力特性试验研究

预掺混扩散器在污水出流前掺入其周围的水进行预先稀释,可增强初始稀释度,减小混合区范围。为进一步提高扩散器的稀释水平,本文提出了一种基于环形旋转射流的新型预掺混扩散器,在进流方式以及排放形式方面另辟蹊径,并系统地研究了该扩散器射流的温度场、流场和内部压力分布。研究结果表明:该预掺混扩散器稀释性能稳定,流量放大倍比约为2.5,排口处温升极值可降低约50%,1.2倍排口直径处可降低约80%;排口后环形旋转射流无速度核心区,存在内掺混机制,极值温升及流速沿喷距呈幂函数衰减规律,具有更短的射程和更强的掺混稀释能力,对迅速缩减污染带十分有利;水头损失系数较小,约为2.4。采用该预掺混扩散器,可在离岸较近的浅水区域获得较常规扩散器深排的稀释效果,进而缩短排污输水管道、降低工程投资。     

海域围填对某核电厂温排水输运影响研究

基于数学模型与物理模型的特点及其适用性,采用取排水局部水域物理模型与大范围海域二维数学模型相结合的方法,对某核电工程排水口附近区域有无围填区温排水的水力、热力特性变化规律进行了对比研究工作。研究结果表明:海域围填不会改变工程海域流场的总体特征,但会对核电厂排水附近的局部流场特性产生明显影响,与此相应的温排水输运轨迹、温度场分布特性等也会随之改变,进而可能对温排水环境影响以及电厂取水温升等产生负面影响。因此,对于电厂取排水工程附近海域围填问题需慎重处理,应通过模拟研究工作对围填方案影响加以研究论证。     

一种适合低水头的拱洞型消能工的数值研究

采用VOF(volume of fluid)方法,模拟了低水头建筑物的泄水过程,通过慈溪龙山排涝出海闸工程实例对模型精确性进行校核,在此基础上提出一种新型拱洞型消能工,并与普遍采用的SAF(saint antony falls)型和原模型消能工的消能效果进行对比,结果表明,拱洞型消能工能进一步降低下泄水流的流速及水流深度,提高消能率,更有利于低水头建筑物的消能防冲。本文提出的拱洞型消能工,为低水头泄水建筑在选择消能防冲设施时提供了更多的选择。     

Sewage outfall plume dispersion observations with an autonomous underwater vehicle.

This work represents one of the first successful applications of Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) for interdisciplinary coastal research. A monitoring mission to study the shape and estimate the initial dilution of the S. Jacinto sewage outfall plume using an AUV was performed on July 2002. An efficient sampling strategy enabling greater improvements in spatial and temporal range of detection demonstrated that the sewage effluent plume can be clearly traced using naturally occurring tracers in the wastewater. The outfall plume was found at the surface highly influenced by the weak stratification and low currents. Dilution varying with distance downstream was estimated from the plume rise over the outfall diffuser until a nearly constant value of 130:1, 60 m from the diffuser, indicating the near field end. Our results demonstrate that AUVs can provide high-quality measurements of physical properties of effluent plumes in a very effective manner and valuable considerations about the initial mixing processes under real oceanic conditions can be further investigated.     

内陆核电对地表水水质影响的初步分析

基于收集的大量国外已建内陆核电站实际运行的实测低放射性废液排放资料,分析研究了内陆核电站低放射性废液及废气对水质的影响途径、放射性核素对受纳水体水质的影响,分析得出内陆核电站正常工况下低放废液的排放对水质影响较小的初步结果。结合实例,计算分析国内拟建内陆核电站低放废液排放后对水质的影响,提出相应预防措施,最后针对我国内陆核电的规划布局,对有关问题进行了探讨。