一种寒区水流注水融冰不结冰距离的热力学计算方法技术

本发明专利技术公开了一种寒区水流注水融冰不结冰距离的热力学计算方法，利用水流的热平衡理论推导出引水渠道的不结冰距离计算公式，并分析不同水力、热力、气候条件对不结冰距离的影响，为寒区引水式电站运用注水融冰技术提供理论参考。本发明专利技术方法综合考虑了不同水力、热力、气候等因素的影响，根据各地区的气象资料、电站水文数据等资料便可利用本发明专利技术方法计算得出各注水融冰不结冰距离，不仅适用于不同流量和流速下的水流，同样适用于计算不同外界大气温度、风速等条件的不结冰距离，考虑了所有的影响因素，适用范围更为广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种寒区水流注水融冰不结冰距离的热力学计算方法
本专利技术涉及融冰计算方法，具体地说是一种寒区水流注水融冰不结冰距离的热力学计算方法。
技术介绍
中国北部冬季严寒，气温低且冰期长，导致大多数引水工程的引水渠道产生不同程度的冰灾，这不仅影响渠道的输水能力，对农业生产和人民生活等都带来了一系列影响。为了防止这类灾情的发生，河渠中冰的产生及危害是必须考虑的关键因素。而实际工程证明，注水融冰技术的应用，对渠道水温的提升有明显作用，可保证引水渠道冬季正常运行。而注水融冰应用的重要依据为不结冰距离，即引水渠道水温大于0℃的渠段长度。通过计算注水融冰渠道的不结冰距离便可知每一口融冰井对渠道冰害的防治距离，以此可得出融冰井群的合理布置方案。可为寒区引水式电站运用注水融冰技术提供参考方案。目前国内外对河渠水温变化及水中冰的形成演变等已有大量研究，且总结出了一些不结冰距离计算的经验公式。其中前苏联和瑞典通过长期对渠道冰盖底部温度变化的研究，提出了至今仍然适用的预防及消除冰灾的措施；李克锋、辛向文等考虑了气温、湿度、风速等因素，提出了可用于估算缺乏水温监测资料河流水温的新公式；王晓玲等综合考虑了太阳辐射、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种寒区水流注水融冰不结冰距离的热力学计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，确定水流的热平衡公式：W水+W辐+W地+W动＝W放+W蒸+W对+W雨雪  (1)式中，W水为从外界注入水收入的热量，KJ/d；W辐为渠道水面所吸收的太阳直接辐射热和扩散辐射热，KJ/d；W地为水与渠床之间的热量交换，KJ/d；W动为渠水动能转化为热能所吸收的热量，KJ/d；W放为水面的有效放射，KJ/d；W蒸为渠水蒸发的热量耗失，KJ/d；W对为渠道水面与大气对流引起的热量交换，KJ/d；W雨雪为随降雨落入渠道中的热量或下雪时耗失的热量，KJ/d；步骤二，引水式电站引水渠道在冬季运行时，当渠水热量收入之和大于热量支...

【技术特征摘要】
1.一种寒区水流注水融冰不结冰距离的热力学计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，确定水流的热平衡公式：W水+W辐+W地+W动＝W放+W蒸+W对+W雨雪(1)式中，W水为从外界注入水收入的热量，KJ/d；W辐为渠道水面所吸收的太阳直接辐射热和扩散辐射热，KJ/d；W地为水与渠床之间的热量交换，KJ/d；W动为渠水动能转化为热能所吸收的热量，KJ/d；W放为水面的有效放射，KJ/d；W蒸为渠水蒸发的热量耗失，KJ/d；W对为渠道水面与大气对流引起的热量交换，KJ/d；W雨雪为随降雨落入渠道中的热量或下雪时耗失的热量，KJ/d；步骤二，引水式电站引水渠道在冬季运行时，当渠水热量收入之和大于热量支出之和便可以保证渠道不会结冰，正常运行；当二者相等时，渠道不结冰的渠段长度即为渠道的不结冰距离L，计算如下式：W水+(σ辐+σ地+σ动)L＝(σ放+σ蒸+σ对+σ雨雪)L(2)L＝W水/(σ放+σ蒸+σ对+σ雨雪-σ辐-σ地-σ动)(3)式中，σ辐为每米渠道水面所吸收的太阳辐射热，KJ/m·d；σ地为每米渠床与水之间的热量交换，KJ/m·d；σ动为每米渠道渠水动能转化为热能所吸收的热量，KJ/m·d；σ放为单位面积水面的有效放射，KJ/m·d；σ蒸为每米渠道水面蒸发的热量耗失，KJ/m·d；σ对为每米渠道水面与大气对流引起的热量交换，KJ/m·d；σ雨雪为每米渠道随降雨落入渠道中的热量或下雪时耗失的热量，KJ/m·d；步骤三，计算从外界注入水收入的热量W水：W水＝q注ct注γ(4)＝4.186×103q注t注(KJ/s)＝3.617×108q注t注(KJ/d)式中，q注为外界注入水的流量，m3/s；c为热容量，c水＝4.186KJ/kg·℃；t注为外界注入水的温度，℃；γ为水的密度，γ＝1000kg/m3；步骤四，计算每米渠道水面所吸收的太阳辐射热σ辐：σ辐＝σ直辐+σ扩辐＝ηaRsA(MJ/m·d)＝103ηaRsA(KJ/m·d)(5)式中，σ直辐为渠道水面所吸收的太阳直接辐射热，KJ/m·d；σ扩辐为渠道水面所吸收的太阳扩散辐射热，KJ/m·d；η为渠道水面吸收的太阳辐射系数；a为太阳散射辐射热占总辐射热的百分比；RS为太阳辐射，MJ/m2·d；A为每米渠道的水面面积，m2/m；步骤五，计算每米渠床与水之间的热量交换σ地：σ地＝σ地底+σ地坡＝β地A1(t1-0.5t混)+24β地A2(t2-0.5t混)(kcal/m·h)＝4.184×24β地[A1(t1-0.5t混)+A2(t2-0.5t混)](KJ/m·d)(11)＝100.416β地[A1(t1-0.5t混)+A2(t2-0.5t混)](KJ/m·d)式中，σ地底和σ地坡分别为每米渠底和渠坡与...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗全利，吴素杰，刘焕芳，刘贞姬，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65