基于地表水源热泵尾水排放的江河热环境容量研究

运用FLUENT软件对重庆市洪崖洞水源热泵系统尾水排入受纳水域的过程进行二维数值模拟,选取FLUENT中非耦合、隐式求解器对模型内的定常流动进行求解,得出受纳水域受水源热泵系统温排水影响后的温度梯度和温升面积。在温排水流量为4 500 m3/h、温差为6℃的条件下,得出受纳水域温升值超过1℃的水域面积约为1 600 m2,为模拟江河水域面积的2.0%。选取1℃温升值作为温升带边界控制值,在热泵系统最大负荷工况下,计算得出受纳水域的热环境容量为312.5(m.3℃)/s,剩余热环境容量为306.25(m.3℃)/s。根据地表水环境质量标准,该工程温排水量小于受纳水域的热承载力,不会对受纳水域生态环境造成热污染。     

基于热环境容量的滨海电厂温排放控制模拟研究

阐述了受纳水体热环境容量的内涵,提出了基于热环境容量评价指标与热环境容量模拟的滨海电厂温排放控制方法。以黄茅海海域为例,在潮流数值模拟基础上建立了热环境容量数学模型,并结合水质与生态要求获取了三个控制指标。采用模型试算法,确定了该海域目前的热环境容量为1 725 m3"℃/s,在建核电厂投运后排热量为1 500 m3"℃/s,满足相应的热环境容量要求。研究结果可为温排放的统筹管理和海域资源的阶梯开发提供技术支撑。     

深圳妈湾电厂温排水海洋生态影响回顾性评价

沿海地区电厂温排水在物理、化学、生物等方面对附近海域温度造成的影响越来越受到人们的关注。本文采用现场实测与数值模拟相结合的方法,确定电厂温排水的影响范围,模拟受纳水域的温升分布,评价温排水对海洋生态环境的影响程度,以期为近海海域热污染防治提供技术依据。     

鲅鱼圈热电厂温排水的现场观测和三维数值模拟

为研究鲅鱼圈热电厂温排水的热污染问题,对其附近海域潮流和水温进行了现场观测,并利用RMA-10三维有限元模型模拟热电厂附近海域海水温升场的分布。现场观测和数值模拟结果表明:（1）温排水对电厂邻近海域温度分布影响明显,模拟得出鲅鱼圈海域表层海水受电厂温排水影响温升在1℃和4℃上的面积平均值分别为0.648 km2和0.199 km2;（2）热羽面积变化趋势与涨、落潮过程呈现高度相关性,同一潮次中低潮时刻热羽面积大于高潮时刻。（3）海水温升分布呈现出较明显的垂向差异,表层温升面积为底层温升面积的2～4倍,表明由于温差所产生的浮力效应,温排水主要集中于海水表层流动。研究结果表明通常采用的基于垂向平均的二维温排水数值模型无法精确模拟温度分层,只有建立三维模型才能对温排水引起的温升场进行精确模拟。     

黄岛电厂附近海域热环境容量计算

阐述了热环境容量的内涵,并在潮流数值模型的基础上建立了热扩散模型.利用模型试算法计算了黄岛电厂附近海域的热环境容量和剩余热环境容量,经计算,黄岛电厂附近海域的热环境容量为1 484.10 ℃·m3/s,剩余热环境容量为1 124.52 ℃·m3/s.该结果为电厂设计方案提供环境方面的决策依据.     

潮汐对电厂取排水影响及温排水热污染研究

以Fluent为平台,编译UDF程序,建立三维数值模型,选取典型工况,对受潮汐影响下的电厂差位式布置方式取排水特性进行数值模拟,以探讨潮汐对电厂取水温度及温排水对受纳水域环境的影响。通过分析数值模拟结果,得到典型工况最大温度在潮汐影响下的变化特性。对电厂取排水布置方式的选择具有一定的指导意义。     

典型北方滨海核电厂温排水混合区边缘温升限值研究

随着我国电力事业的快速发展,电厂循环冷却水(温排水)的余热排放对受纳水体生态环境造成的负面热影响(即热污染)已日益引起社会关注。基于国内现有的温排水排放控制标准可执行性不强的现状,对我国电厂温排水的热污染控制标准的基础技术要素——温排水混合区边缘温升限值进行了研究。以我国北方某典型滨海核电厂址邻近海域的代表性海洋生物为研究对象,以各季节不同受试物种最大临界温度(CTM)的统计分析结果,作为确定该厂址温排水混合区边缘温升限值的主要依据。并结合法规调研法,最终确定该典型滨海核电厂址温排水混合区边缘温升限值的推荐值为3.6℃。     

湖水源热泵温排水影响研究

针对南京工程学院的天印湖水源热泵系统,建立了三维传热模型。通过FLUENT软件的用户自定义函数,使用计算机C语言程序编写适用于该模型的UDF(use-defined function),把它导入FLUENT来模拟湖水源热泵温排水对湖水温度场的影响,同时从理论上计算了湖水源热泵系统的COP(coefficient of performance)。通过实验验证了该模型的正确性。针对模拟和实验分析的结果,对湖水源热泵埋管的布置提出了合理的建议。     

海水热泵对海水温度影响分析

文章以大连星海湾商务区海水源热泵工程为例,对海水源热泵这一新型环保型供能技术对海域可能产生的温升温降影响进行分析。海水源热泵技术是一种可以利用海水这一可再生能源作为冷热源的既可供热又可制冷的高效节能系统。温海水排放入海后,在水动力的作用下,经历潮混合过程,排放口附近一定范围内形成温度相对上升的温升场。温升高值区处在排放口至马栏河口之间的河段内。项目温排水对整体渔业资源和经济生物不会产生明显影响。     

地表水源热泵尾水排放对三峡库区重庆段水生生态系统的影响分析

基于三峡库区重庆段水文及水生生态系统特征,结合地表水源热泵示范工程的监测情况,分析了地表水源热泵尾水排放对三峡库区重庆段水生生态系统的影响.工程监测研究结果表明:尾水排放对排放口附近水域水温、溶解氧、氮、磷和浮游植物的影响表现为夏季水温升高导致溶解氧降低,氨氮、总氮和化学需氧量升高,蓝绿藻大量繁殖,富营养化加剧;冬季冷排水导致氨氮、总氮、总磷的升高,硅藻、绿藻数增多和蓝藻数减少,藻类物种多样性下降.对湖泊富营养化的影响是双方面的,即具有不确定性.分析认为尾水排放对排放口附近水域的水生动物及鱼类种群分布及数量均有影响,温排水可能导致其生长繁殖加快,成熟期缩短.地表水源热泵尾水排放对水生生态系统的影响程度主要取决于进出水的温差和排放量,也与水源的水文地质特征密切相关.     

光热光电驱动的海岛型太阳能海水淡化装置研制与性能分析

针对偏远海岛淡水资源和常规能源缺乏问题,综合利用光热与光伏驱动,通过技术设计、数学计算、传热传质、模拟测试、性能分析等程序研制一种适用于海岛的太阳能海水淡化装置。并在光热模式、光热光伏模式、电加热模式下测试了装置的性能。实验结果表明:1）淡化装置在光热模式下的平均产水速率为225 mL/h,在光热光伏模式下的平均产水速率为332 mL/h,比光热模式提高了47.6%,而电加热模式平均产水速率可达到1910 mL/h,反映了中高温太阳能集热管的重要性;2）淡化装置的最佳实验条件为:蒸发舱温度为103℃,冷却水温度为41℃,环境温度为30℃,在此条件下的瞬时产水量高达2389 mL/h,各因素的影响程度顺序为蒸发舱温度>冷却水温度>环境温度;3）淡化装置在光热和光热光伏模式下的单位面积产水量分别为2172,1167 mL/（m2·d）,太阳能蒸馏过程的最小热耗为2.03 kW·h/m3。     

热电厂热储系统的构建和优化研究

热电厂热储系统的构建,对于废弃能源存储和废水再利用有重要意义。以吉林省桦甸市热电厂为例,通过对研究区水文地质条件和温度参数概化,利用FEFLOW软件构建桦甸市热电厂地下水-热耦合模型,用实际观测资料进行识别和验正,初步构建热储系统模型。设置不同井间距和抽水量来优化热储模型,研究结果表明:200 m井间距热贯通严重,500 m和1 000 m热贯通影响小;1 500 m~3/d的流量比1 200 m~3/d的流量在提热期温度下降更快,但提热总量显著增加;各方案提热总量对比显示,优化储热方案为井间距离500 m,储热期注水量8 400 m~3/d,热提取期抽水量1 500 m~3/d,冷水抽注水井在储热期和热提取期水量均为1 200 m~3/d,提热总量为2.27×10~(11)J/d。     

河口生态环境需水量计算方法研究

提出了河口生态环境需水量的计算方法.计算中考虑了水循环消耗、生物循环消耗、生物栖息地等不同类型需水及其随时间的变化,根据“加和性”和“最大值”原则计算了河口生态环境需水年度总量,以保持河口径流自然状态为目标确定了生态环境需水量年内随时间的变化率.根据“生态环境需水量阈值性”的要求,将计算结果划分为最低、适宜和高3个等级.对海河流域主要河口的计算结果表明,海河口、滦河口和漳卫新河口最低等级生态环境需水量分别为5 97×10 8m3、6 81×10 8m3和4 96×10 8m3.河口径流量的减少将首先影响泥沙的输运,进而改变河口生态系统的盐度平衡     

茅洲河流域地表水与地下水交互关系模拟和污染联合防治

在茅洲河流域地表水与地下水补排关系定性分析的基础上,建立SWAT和SWAT-LUD模型对流域水的循环转化过程进行数值模拟,定量计算地表水与地下水的交互量并估算污染贡献量。结果显示:2017年地下水排泄补给河水水量为1.6×108 m3,携带的NH₃-N、TP和COD总量分别为0.9×104,0.2×104,1.7×104 t,约占河流总污染指标的3%;地表水侧向补给地下水水量为1.0×106 m3,携带的NH₃-N、TP、COD量分别为11,1.1,510 t,约占地下水补给地表水污染指标总量的2%;洪水泛滥区河水入渗补给地下水水量为6.7×106 m3。基于以上研究,建议采取河道底泥清淤、建设交互带渗透式反应墙、河口建闸、交互带水污染预警与监测等工程措施对茅洲河流域地表水与地下水污染进行联合防治。     

河道微污染水体旁路复合流湿地强化净化技术研究及应用

为实现河道微污染水体水质净化与行洪排涝双重功能,采用下向流/上向流复合流旁路湿地工艺,设计有机负荷q_os=21 kg BOD₅/(hm²·d),水力负荷q_hs=0.34 m³/(m²·d),水力停留时间HRT=2.2 d,同时为提高冬季低温条件下的湿地系统净化效果,对湿地填料床结构形式、植物组合搭配以及冬季低温运行措施进行了优化,研究表明：1)下向流/上向流复合流功能湿地空间布设灵活,可节约建设占地,通过折流布水,可形成良好的厌氧/缺氧/好氧微生环境,有益于发挥湿地系统的脱氮除磷效果;2)通过增加保温填料覆盖层、采取低温冰下低水位运行、辅以耐低温植物/微生物强化,在冬季低温湿地进水ρ(COD)为30～40 mg/L,ρ(NH₃-N)为1.5～2.0 mg/L,ρ(TP)为0.3～0.4 mg/L条件下,实现了3个标段湿地出水平均值ρ(COD)=20.67 mg/L,ρ(NH₃-N)=0.77 mg/L,ρ(TP)...     

有机污染土壤堆式热脱附过程中热湿迁移试验及数值模拟

堆式燃气热脱附技术因具有二次污染小、污染物去除率高和处理周期短等优势而得到快速发展. 土壤中的水分是影响堆体热修复过程中土壤升温的关键因素,然而其热湿迁移机理尚不明晰,工程设计主要依赖于实践经验. 该研究以山东省某污染场地的砂质壤土开展堆体热湿迁移试验,结合COMSOL仿真模拟,系统分析加热过程中土壤温度和湿度在竖直及水平方向上的变化规律. 结果表明:热源附近土壤水分呈逐渐升高并出现短暂峰值(高于初始值10.9%)后再下降的趋势,水分峰值随温度提高而升高;热源温度越高,土壤中水汽的对流和扩散作用愈加明显,当热源温度由50.0 ℃升至100 ℃时,监测点体积含水量下降率由4.50%升至27.2%,且水汽的浓度扩散机制在水分迁移过程中占主导作用;对于相同热源作用下,初始体积含水量较高的土壤具有相对较高的温度变化,温升过程中对流传热以及热传导的作用更显著,当初始体积含水量由0.0700 m3/m3升至0.160 m3/m3时,监测点的温度由37.1 ℃升至40.0 ℃,其中多孔基体间的热传导作用占主导. 研究显示,堆体热脱附过程中土壤水分迁移规律与土壤体积含水量、距热源的距离、热源温度有关,且多孔基体间的热传导是引起土壤升温的主要机制.      

污水排放对河口水功能区环境影响的数值模拟

通过二维水动力水环境数值模拟方法,研究了杭州湾河口地区多种水功能区并存情况下余姚污水厂污水排放对水环境的影响,分析了COD_Mn、NH₃-N、TP的包络范围、平面分布特征和对各水功能区的影响。研究表明:污染物单增量正常排放时,污染带形态沿水流方向呈瘦长型;等浓度污染带包络面积大潮大于小潮,最大值显著大于平均值,事故工况污染面积大于正常工况;叠加其他污染源和环境本底正常排放时,排放口混合区面积为0.20 km2,满足要求;根据多功能区环境影响评价方法,满足最严格的水质管理目标,对海洋功能区划、一类海水功能区划水质类别管理目标未产生影响。研究在工程实际应用中具有典型性,研究成果可以为潮汐河口的排污口选址论证,水环境影响模拟等相似工程提供参考。