Особенности теплообмена водохранилищ и испарительных охладителях.

В охладителях с большим зеркалом воды кроме теплоотдачи соприкосновением испарения происходит теплообмен излучения, который протекает путем проникновения солнечной энергии через открытую поверхность воды. При этом часть солнечной радиации отражается от поверхности воды. Одновременно происходит эффективность излучения – излучение теплоты нагретой водной поверхностью.

Удельное количество теплоты, переданное воде излучением, определяется радиационным балансом:

– суммарная солнечная радиация при общей облачности

- суммарная радиация поглощенная водой

Q- прямая солнечная радиация

q- рассеянная солнечная радиация

n- общая облачность в долях единицы

а- характеристика отражательной способности воды (альбедо в долях единицы

I – эффективное излучение водной поверхностью зависящее от температуры воды, общей облачности, температуры и влажности воздуха.

Сумма удельных количеств теплоты передаваемая через водную поверхность открытого водоема составит:

Солнечная радиация может заметно уменьшить охладительный эффект испарительного охладителя, поэтому температура воды не может достичь температуры воздуха измеренного смоченным термометром. В этом случае теоретическим пределом будет естественная температура воды на поверхности водоема при установленных метеоусловиях:

1.2. Водохранилища – охладители

По назначению, расположению и условием питания различают следующие группы:

А) регулирующие водохранилища на водотоках. Используются для охлаждения циркуляционной воды и для многолетнего регулирования стока.

Б) Водохранилища на водотоках без регулирования стока

В) Водохранилища на естественных озерах и прудах

Г) Наливные водохранилища вне водотока с подпиткой из ближайших рек

1.2.1. Схема циркуляции воды в водохранилищах – охладителях

Свободная поверхность водохранилища не одинаково отдает теплоту, поступающую с циркуляционной водой из-за разной температуры на участках поверхности, поэтому при теплотехническом расчете составляется картина распределения температур на поверхности водохранилища, то есть схема распределения потока теплой воды от точки ее сброса до места приема.

Схема циркуляционной воды определяется формой водохранилища-охладителя, взаимного расположения водоприемных сооружений и струенаправляющих и струераспределительных сооружений.

При проектировании крупных водохранилищ-охладителей кроме вызываемых сбросом циркуляционной воды и поступающих градиентных течений учитывают:

плотностные- возникают при разной плотности воды пр разной температуре (максимальная плотность при 4 градусах). Передача теплоты в водную толщу вследствие молекулярной диффузии мала из-за чего при прогреве верхних слоев – температурная стратификация – температура на поверхности больше чем в глубинных слоях, иногда на 10 градусов и более, При выпуске теплой воды на поверхность водохранилища-охладителя может возникнуть устойчивая разница между верхними и нижними слоями, происходит расслоение потоков имеющих разную плотность – то есть возникает верхнее теплое и глубинное холодное течение, которые могут быть разнонаправленными.

ветровые – приводят к сгону воды от подветренной стороны и к нагону у наветренной стороны. При этом возникает горизонтальный градиент давления, направленный в сторону противоположную ветру и вызывающий один из видов глубинных компенсационных течений.

компенсационные течения –при сбросе нагретой воды у сбросных сооружений часто бывает понижение температуры воды на несколько градусов из-за того, что воды выходит со значительной скоростью инжектирует масса придонных слоев и вовлекает в циркуляционный поток. Этот смешанный поток имея меньшую плотность воды чем придонные слои выходит на поверхность, а по направлению к сбросным сооружениям возникает глубинный ток холодной воды. Из-за отсутствия методов, позволяющих расчетом установить действительную сложную картину распределения температур и потоков на поверхности водохранилища, то при решении практических задач принимают упрощенную схему течений транзитного потока воды от сбросных до водозаборных сооружений, водоворотов и застойных зон. Считается, что с поверхности водоворотов теплоотдача происходит медленнее чем с поверхности транзитного потока, поэтому при расчете действительную площадь водохранилища (w_в) заменяют площадью активных зон (w_акт), которая учитывает теплоотдачу транзитного потока и смежных с ним водоворотов. Коэффициент использования водохранилища (0,5-0,95 в зависимости от формы водохранилища схема расположения водосбросных и водоприемных сооружений и условий растекания циркулирующего потока):

Более точные данные по результатам гидротермического моделирования на крупномасштабной модели водохранилища.

Чтобы распределить транзитный поток циркулирующей воды по возможно большей площади водохранилища и создать достаточную площадь активной зоны для охлаждения расчетного расхода воды, нагретую на предприятии воду сбрасывают на значительном расстоянии от водозаборных сооружений. Применяют струенаправляющие и струераспределяющие сооружения.

Установлено, что в больших и глубоких водохранилищах возможно создание объемной циркуляции воды. Для этого нагретую воду сбрасывают на поверхность малыми скоростями, а забирают только из глубинных слоев. При этом нагретая вода с меньшей плотностью растекается по поверхности, охлаждается и переходит в глубинные слои, которые движутся к водозаборным сооружениям. В этом случае водозаборные сооружения можно располагать вблизи водосбросных и даже совмещать, а также отказаться длинных отводящих каналов и струенаправляющих сооружений при высоком значении К.

1.2.2. СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВОДОХРАНИЛИЩ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ

(см фото)