T/CHES 49-2020 冷却水工程水力、热力模拟技术规程

ICS编号

ccs编号体

团标准

T/CHES49一－2020

冷却水工程水力、热力模拟技术规程

Technicalspecificationforhydraulicandthermalsimulationin

coolingwaterprojects

2020-12-16发布2021-02-01实施

中国水利学会发布

目IJj§

根据中国水利学会团体标准制修订计划安排，按照《工程建设标准编写规定》（建标

[2008]182号）的要求，在SL160-2012《冷却水工程水力、热力模拟技术规程》基础上，

结合当前模拟技术发展水平、模拟要求现状，编制本规程。

本规程共5章，主要技术内容有：

一一冷却水工程水力、热力模拟方法与选择：

一一基础资料要求：

一一数学模型选择与模型验证、计算基本要求：

一一物理模型规划设计与模型验证、试验基本要求。

本次修订的主要内容有：

增加了己运行冷却水工程温排水环境影响评估数学模型计算：

增加了温排水近区浮射流计算、三维数值模拟。

本规程由中国水利学会归口。

本规程主编单位、主要起草人和主要审查人：

主编单位：中国水利水电科学研究院

主要起草人：纪平赵就瑭陈小莉袁E曾利秦晓张海文段亚飞梁洪华韩瑞

张强康占山刘赞强刘彦

主要审查人：吴时强潘存鸿

目次

1总则………··

2术语……………..2

3一般规定……………·…………·3

3.1模拟技术类别与选择……………………3

3.2工作大纲与质量保证大纲…………·…..3

3.3数据记录及整理…………4

3.4报告编写及提交…·……………………..4

4基础资料…··

5数学模型计算…………………..6

5.1数学模型与参数…………6

5.2模型范围及计算网格尺度……··………·8

5.3模型验证与计算水文条件……………··

5.4计算内容与成果分析

6物理模型试验………………….10

6.1模型相似准则…………..10

6.2模型设计………·……….11

6.3试验设备与量测仪器…………··………11

6.4模型制作与安装………..11

6.5试验要求………………·……………….12

6.6试验内容与成果分析…………………..12

本规程用词说明…………·……….13

标准历次版本编写者信息……………··…………14

引用标准名录…………………......15

条文说明……………………….16

1总则

1.0.1为规范冷却水工程水力、热力模拟技术和方法，保证研究成果的科学性、准确性和可

靠性，编制本标准。

1.0.2本标准适用于电厂及其他利用天然及人工水体进行冷却的取排水工程水力、热力模拟

研究，以及液态流出物、余氯等的稀释扩散模拟研究。

1.0.3河流、水库、湖泊等水体水温时空分布的模拟研究可参考使用。

1.0.4冷却水工程水力、热力模拟技术除应符合本标准规定外，尚应符合国家现行有关标准

的规定。

2术语

2.0.1温排水thermaldischarge

电厂及其他工业循环冷却水系统运行时向环境水体排放的温度高于环境水温的水。

2.0.2液态流出物liquideffiuents

核电厂正常运行期间，将产生的含有放射性核素的废液通过废水处理系统处理达到国家

相关标准后，采用槽式排放以可控的方式排入环境水体的废水。

2.0.3模拟技术simulationtechnique

模仿自然界物质运动和变化过程与规律的技术，包括数值模拟计算和物理模型试验两种

方法。

2.0.4数学模型计算numericalsimulation

通过数值计算求解研究对象控制方程模拟其自然物理过程的方法。

2.0.5物理模型试验physicalmodelexperiment

按照相似准则，通过一定几何比尺制成的实体模型模拟自然物理过程的方法。

2.0.6扩散系数diffusioncoefficient

物质通量分量与浓度梯度分量的比例系数。

2.0.7表面综合散热系数watersurfaceheattransfercoefficient

单位时间内，水面温度变化l℃时，水体通过蒸发、对流和水面辐射三种水面散热方式

在单位表面积上散失热量的变化量。

2.0.8正态模型undistortedmodel

水平向和垂向几何比尺相同的物理模型。

2.0.9变态模型distortedmodel

水平向和垂向几何比尺不同的物理模型。

2

3一般规定

3.1模拟技术类别与选择

3.1.1冷却水工程水力、热力模拟可采用以下两种方法进行：

1数学模型计算：用于工程水域水力、热力模拟，可为工程可行性论证及工程取排水

方案初步比选、建设项目水资源论证、工程水域水环境影响评价、己运行工程温排水环境影

响评估等提供依据。

2物理模型试验：宜用于工程取排水近区水域水力、热力模拟，可为工程可行性论证

及其取排水工程方案的优化、工程排水口近区水域水环境影响评价等提供依据。

3.1.2工程可行性研究阶段之前可采用数学模型计算方法开展研究工作：可行性研究阶段和

初步设计阶段宜采用数学模型计算和物理模型试验相结合的方法：工程运行阶段可采用数学

模型计算方法。

3.1.3数学模型选用宜符合下列要求：

1宽浅型水域工程水力、热力的数值模拟宜采用平面二维数学模型：

2排放口近区出流初始掺混稀释过程可采用浮射流无量纲参数化模型：

3取排水口近区水域、深水型湖库、水池以及密度分层效应显著的海域宜采用三维数

学模型：

4充分混合的问道可采用一维数学模型：

5己运行工程温排水影响评估选用的数学模型，应能反映水文、气象条件实时变化的

影响。

3.2工作大纲与质量保证大纲

3.2.1冷却水工程水力、热力模拟宜编写工作大纲与质量保证大纲。

3.2.2工作大纲及质量保证大纲编写应符合相关规程、规范的要求。

3.2.3工作大纲应包括下列内容：

1项目概况（包括工程自然条件概况）、研究目的与要求、研究内容与所采取的技术路

线：

2研究工作依据及执行标准：

3模型选择或规划设计：

4主要研究人员、试验仪器设备和所需的各项基础资料：

5研究工作进度计划、预期成果：

6国家重点项目或大、中型工程项目应有国内外研究水平和动态。

3.2.4质量保证大纲应包括下列内容：

1项目概况（包括工程自然条件概况）、质量保证大纲编制依据与适用范围、承担单位

责任及其质量方针、目标：

3

2质量保证大纲编写、评审、批准程序：

3组织构成：

4文件控制：

5检查（含质量控制点）：

6对不符合项的控制：

7纠正措施与预防措施。

3.3数据记录及整理

3.3.1数据记录及整理应符合相关规定与工作任务的要求。

3.3.2应根据工作的要求做好数据记录。当发现数据有疑问和差错时应查明原因，重新复核、

量测或计算。数据文件应有统一编码和记录时间，数据文件应及时备份。

3.3.3数据应及时整理、校核。数据的整理应遵循精度和谐及误差处理的基本原则，不应随

意挑选和取舍资料。

3.4报告编写及提交

3.4.1报告编写应符合基本格式要求。

3.4.2报告内容应包括工程概况、自然条件、研究目的与内容、技术路线、遵循的技术标准、

资料选取、模型验证、成果分析以及主要结论等。物理模型试验还应包括模型设计、制作以

及主要仪器设备性能、精度，数学模型计算还应包括模型控制方程、定解条件、数值方法以

及主要参数取值的合理性分析等。

3.4.3对同一研究对象采用多种方法进行模拟时，应针对各方法的主要成果进行综合分析并

提出相应的结论。

3.4.4研究报告应按规定的程序审核后提交，相应资料应归档备查。

4

4基础资料

4.0.1工程可行性研究阶段之前宜收集己有地形、水文、气象等资料。工程可行性研究阶段

和初步设计阶段，取排水工程附近水域应采用近5年内资料，其他区域可采用己有资料。己

运行工程温排水环境影响评估宜采用工程水域已有最新资料。

4.0.2地形资料应满足下列要求：

1模拟范围应包括工程水域和工程排放物质可能的影响水域。

2测图比例可根据工程水域自然地形条件及工程布置等因素确定。

4.0.31可道及湖泊、水库水文资料应包括下列内容：

1流域基本特征及涉水工程运行调度资料。

2河道上、下游控制断面丰水期、平水期和枯水期水位、流量资料，模拟范围内的丰

水期、平水期和枯水期的水面线资料，工程水域水温资料。

3问道不少于5个断面的同步水文测验资料。有支流、分汉等的复杂河段宜增设测验

断面。

4湖泊、水库水域的来水量、水位、水温以及定点流速流向资料。

5己运行工程温排水影响评估应同步开展不少于3个断面的水文测验以及工程温排水

影响区域温度场原型观测。

4.0.4海域水文资料应包括下列内容：

1工程海域的基本水动力特征。

2厂址或周边海洋观测站的长期水文资料。

3不少于3个测站的连续一个月的潮位资料。

4不少于9个测点的大、中、小潮的全潮同步水文测验资料。必要时宜提供至少l个

测点包含实测大、中、小潮在内的连续半个月全潮同步水文测验资料。

5己运行工程温排水影响评估应同步开展不少于3个测点大、中、小潮的全潮同步水

文测验以及工程温排水影响区域温度场原型观测。

4.0.5感潮河道水文资料可根据工程水域水文基本特性，按4.0.3条或4.0.4条的规定执行。

4.0.6其他资料应包括气象资料、工程设计以及工程水域内己有相关涉水工程运行、功能区

划、环境敏感点及岸线规划等资料。

5

5数学模型计算

5.1数学模型与参数

5.1.1数学模型计算应采用基本方程式（5.1.1）。不同通用变量情况下，户F、S的取值

见表5.1.1。

旦旦L旦旦兰2＋~＋~＝立「F豆豆l＋立「F豆豆l+_Q_Irz到＋S(5.1.1)

θfθxθyθzθxLXθx」θ＇YIyθ＇YIθzLZθz」

式中：φ一一通用变量，代表U,V,W,T,C等：

rx、ry、rzx~y、z方向的广义扩散系数：

旦旦i瞬态项：

θt

MT）、坐例－、叫一坐句价

M州一句。一句即无hρw

』／－「方向h1J－斗川流刊玩附

1x

一「•→A7AV严一Z

－－－川哼／J

臼01z-

llllili

oFL1｜｜」o叫

IllUJJJ

＋「广散TEJ百

Ir一Ly寸／川

一伽卜一气Y一＆－士－A

llL-

ωfM－－U

lLz

SF义在ι而川川

J

表5.1.1不同通用变量情况下＃、F、S的取值

通用变量φrs

连续方程。。

己p

uv讥Yμ一一一＋Su

动量方程、、

。xi

能量方程TET立L+Sr

CPH

浓度方程cEe(A-C-kctC）ρ＋Sc

注：U、V、Wx,y、z方向流速分量：

T一一受纳水体的水温：

c水体中物质浓度：

Qf一一自由表面热通量，包括太阳净辐射、大气净辐射、水体辐射、水表面蒸发散热和对

流换热：只考虑温排水增11IA影响的数学模型，Qr=K·11T

!}.T受温排水影响的温升：

K水面综合散热系数：

H一一水深：

μ广义茹性系数：

6

ET、Ee扩散系数：

λ一一衰减系数：

kd一一广义分配系数：

飞水的比热：

Su、ST、Sc一一源汇项。

5.1.2边界条件应符合下列要求：

1固壁边界的法向流速为零，温度、浓度的法向梯度为零，见公式C5.1.2-D、（5.1.2-

2):

Ir

川仰军咀＝=Aυ

C5.1.2-D

ov

(5.1.2-2)

式中：vlb一一固壁边界流速矢量：

n一一固壁边界法向矢量。

2开边界采用给定的水位或流量（流速）过程，见公式（5.1.2-3）、（5.1.2-4）、（5.1.2-

5):

x,y,tb＝俨（x,y,t)

sc)I(5.1.2-3)

QCx,y,z,t)Ib=Q*cx,y,z,t(5.1.2-4)

V(x,y,z,t)[h=V*(x,y,z,t)(5.1.2-5)

式中：5一一水位：

Q一一流量：

t一一流速矢量：

x,y,z一一分别为by,z方向的坐标值：

f一一时间；

俨、Q丰、v＊一一分别为5、Q、v在边界的己知值。

3温度场、浓度场应考虑开边界回归影响。

4干湿变化水域的模拟宜采用动边界技术。

5.1.3模型参数选取应遵循相应规范规定。对规范未规定的参数，有原型观测或其他相关验

证资料时应进行率定：无验证资料可依据类似研究工作所取得的实践经验进行选取，并进行

敏感性分析。

7

5.2模型范围及计算网格尺度

5.2.1模型范围选取应遵循下列原则：

1根据研究目的，结合水流、地形条件、建（构）筑物对水域流场影响范围以及冷却

水对受纳水体可能的影响范围等因素确定。

2满足水体热量（或液态流出物）扩散效应的模拟要求。

3反映相邻工程冷却水的相互影响。

5.2.2模型网格尺度的选取应能反映水工建（构）筑物等对水力、热力特性的影响，并满足

计算精度的要求。

5.3模型验证与计算水文条件

5.3.1模型验证应包括下列内容：

1受纳水体为河道时，应进行水位、水面比降、断面流量、流速、流向等验证：受纳

水体为湖泊、水库，应进行水位、流速、流向等验证。

2受纳水体为海域时，应进行大潮、中潮和小潮的潮位、流速与流向过程验证，并符

合原体流态特征。连续半月潮计算应进行连续半月潮的潮位过程验证。

3受纳水体为感潮河道时，可根据工程水域水文基本特性按5.3.1条第l款或第2款

进行。

4有温度（场）的实测资料时宜对模型进行温度（场）验证。

5己运行工程温排水影响评估应同步进行运行期流场、温度场的验证。

5.3.2计算水文条件应符合下列要求：

1受纳水体为河道时，应按全年设计枯水、夏季设计枯水等水文条件进行模拟。受纳

水体为湖泊、水库，应按设计枯水年水文条件进行模拟。

2受纳水体为海域时，工程可行性研究和设计阶段应采用有代表性的大、中、小潮或

连续半月潮型进行模拟，应考虑风生流、沿岸流等影响：工程运行阶段宜采用有代表性的实

测大、中、小潮进行温排水模拟：液态流出物排放应采用连续半月潮进行模拟。

3受纳水体为感潮河道时，可根据工程水域水文基本特性按5.3.2条第1款或5.3.2条

第1、2款综合分析结果执行。

4计算水文条件选择还应符合DL/T5084的要求。

5.4计算内容与成果分析

5.4.1计算内容应符合下列要求：

1受纳水体为河道时，应计算不同设计工况和不同水文条件下的水面线、流场、温度

（温升）场或浓度（相对浓度）场。受纳水体为湖泊、水库时，应计算不同设计工况和不同

水文条件下的水位、流场、温度（温升）场或浓度（相对浓度）场。

2受纳水体为海域时，应计算不同设计工况和不同水文条件下潮位、流场、温度（温

8

升）场或浓度（相对浓度）场。

3受纳水体为感潮河道时，可根据工程水域水文基本特性按5.4.1条第1款或5.4.1条

第2款执行。

5.4.2成果分析应包括下列内容：

1绘制水位、流速、温度（温升）、浓度（相对浓度）时空分布图表，包括温度（温升）、

浓度（相对浓度）过程线及包络图表等。

2分析水位、流速、温度（温升）、浓度（相对浓度）时空分布变化规律。

3分析计算成果合理性。

9

6物理模型试验

6.1模型相似准则

6.1.1模型应满足几何相似、水流运动相似、动力相似和热力相似。

6.1.2冷却水模型的相似准数应按公式（6.1.2-1）、（6.1.2-2）计算：

(Eu)1=(Fr)1=(F~）1=(Re)1=(Fo)1＝（叫＝1(6.1.2-1)

(K二二;ftJ~1(6.1.2-2)

式中：Eu一一欧拉数：

Fr一一弗劳德数：

F11密度弗劳德数：

Re雷诺数：

Fo傅里叶数：

Pe贝克莱数：

K一一水面散热系数，WICm2•°C);

T水温，℃；

Too自然水温，℃：

l水平长度，m;

ρ一一水的密度，kg/m3;

c水的比热，JICkg比℃）；

Q一一取排水流量，m3/s;

f').T一一取排水温差，℃：

r原体与模型的物理量比值。

6.1.3当6.1.2条中相似准数不能同时满足时，根据试验的主要任务，应满足主要相似准则，

可舍弃或松弛次要的相似准则。

6.1.4冷却水模型试验宜满足弗劳德数CFr）及密度弗劳德数CF11）相似，散热相似模

型应满足散热相似条件公式（6.1.2-2）。

6.1.5模型雷诺数应大于临界雷诺数，模型最小水深宜大于3cm。

6.1.6涉及风效应的冷却水模型试验，应兼顾风效应的相似条件。

6.1.7涉及冰冻、泥沙的冷却水模型试验，应兼顾相应的相似条件。

6.1.8液态流出物输移试验模型相似要求应与冷却水模型试验相同。

10

6.2模型设计

6.2.1冷却水模型设计应按照6.1节相似准则进行。试验可采用正态模型或变态模型。模型

应按下列原则选择：

1重点研究取排水工程布置及其近区的流场和温度（温升）场特性的试验，宜采用正

态模型或小变率模型。

2重点研究受纳水域的散热能力试验，应采用变态模型，并按照散热相似准则设计模

型，选定模型比尺。

3在同一模型中受纳水域包括近区和远区，且两者存在水力、热力上的因果影响，应

专门论证模型的几何变率。

6.2.2模型设计应考虑水位、流速、流量、温度、浓度等量测仪器的测试精度。

6.2.3其他常规要求应符合SL155的规定。

6.2.4模型范围选取宜参照数学模型计算结果，并考虑下列因素：

1工程水域水工建（构）筑物对水域流场的影响。

2工程冷却水对受纳水体的主要影响区。

3相邻工程冷却水的相互影响。

4模型试验水域开边界