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第1章 绪论1

1.1 研究背景和意义1

1.2 研究现状及存在问题3

1.2.1 影响水电站运行的冰类型3

1.2.2 冰对水电站建筑物及设备的影响5

1.2.3 水电站常用防冰措施8

1.2.4 抽水融冰技术应用现状10

1.2.5 冰水二相流研究方法11

1.2.6 存在问题14

1.3 选题意义及研究内容14

1.3.1 选题意义14

1.3.2 研究内容16

第2章 引水渠道抽水融冰机理18

2.1 玛纳斯河流域概况18

2.1.1 自然地理位置及自然概况18

2.1.2 流域地形、地貌及河相19

2.1.3 流域气候特征19

2.1.4 玛纳斯河水系特征20

2.1.5 玛纳斯河水文特征及演变规律21

2.2 红山嘴电站概况23

2.3 引水渠道及冰情概况24

2.4 抽水融冰井的基本概况25

2.5 抽水融冰机理29

2.5.1 引水渠道冰害形成过程29

2.5.2 抽水融冰基本原理30

2.6 引水渠道冬季运行的设计要求31

2.6.1 结冰的引水渠道32

2.6.2 不结冰的引水渠道33

2.6.3 供输送冰凌和冰块用的引水渠道33

2.6.4 输凌情况下渠道中的水流速度35

2.6.5 渠道转弯的允许半径38

2.6.6 根据冰凌冰结条件确定的稳定流渠段的最大长度42

2.7 引水渠道消除冰害的设计方法43

2.7.1 由渠道输凌43

2.7.2 在渠道中形成冰盖层47

2.8 本章小结49

第3章 抽水融冰原型试验51

3.1 试验方案51

3.2 试验结果及分析52

3.2.1 观测期间气温变化52

3.2.2 融冰井及引水渠道水温52

3.2.3 融冰井后明渠沿程水温变化规律54

3.2.4 水井前后5m附近明渠水温变化规律54

3.2.5 引水渠道沿程水温变化规律55

3.3 本章小结58

第4章 抽水融冰概化水槽试验59

4.1 试验平台搭建59

4.1.1 试验装置60

4.1.2 试验方案61

4.2 水温沿程变化规律64

4.2.1 无井水注入64

4.2.2 单井注水65

4.2.3 双井注水75

4.2.4 多井注水82

4.3 冰花密度变化规律90

4.3.1 渠水流量对冰花密度影响规律90

4.3.2 井水流量对冰花密度影响规律92

4.3.3 气候条件对冰花密度影响规律94

4.4 渠水合流速的影响规律95

4.5 本章小结97

第5章 抽水融冰引水渠道不冻长度计算99

5.1 研究背景99

5.2 不冻长度的理论分析100

5.3 计算结果及分析104

5.3.1 红山嘴电站引水渠道实测结果104

5.3.2 红山嘴电站引水渠道不冻长度计算105

5.3.3 与其他公式的对比109

5.3.4 不冻长度的影响因素分析110

5.4 本章小结113

第6章 单井条件下抽水融冰过程概化模拟115

6.1 研究背景115

6.2 抽水融冰基本数学模型及验证116

6.2.1 基本数学模型116

6.2.2 基本数学模型验证118

6.3 红山嘴电站引水渠道单井抽水融冰模型建立123

6.3.1 计算模型及网格生成123

6.3.2 边界条件124

6.4 模拟结果及分析124

6.4.1 模拟结果与实测结果对比124

6.4.2 不同边界条件下水温变化过程模拟126

6.4.3 流量与温度同时变化对抽水融冰效果的影响130

6.5 本章小结132

第7章 多井条件下抽水融冰过程概化模拟134

7.1 研究背景134

7.2 红山嘴电站引水渠道多井抽水融冰模型建立135

7.2.1 研究区域135

7.2.2 模型建立及网格生成136

7.2.3 求解方法和边界条件137

7.3 模拟结果及分析138

7.3.1 模拟结果验证138

7.3.2 水流速度和温度模拟结果分析139

7.4 不同边界条件下水温变化过程模拟142

7.4.1 井水流量变化对渠道混合水温的影响142

7.4.2 井前渠道水温变化对渠道混合水温的影响144

7.5 井群合理优化布置145

7.5.1 不同井前渠道流量条件下井群的合理布置146

7.5.2 不同大气温度条件下井群的合理布置146

7.6 本章小结147

第8章 抽水融冰数学模型在水温分层型水库中的应用149

8.1 水库水温的变化特性149

8.2 抽水融冰水温模型在分层水库的应用150

8.2.1 水动力学方程150

8.2.2 温度方程152

8.2.3 边界条件152

8.2.4 工程实例153

8.2.5 结果分析与讨论153

8.3 本章小结162

参考文献163