ООО "Научно-производственное предприятие "АКВАРИУС"
г. Москва, 125362, а/я 71
Строительный проезд, д. 7А, корп. 9
Тел.: (495)- 646 95 81; 646 95 82; Факс: (495)- 646 95 80

ГЭС Капанда, Ангола.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА КАПЕЛЬНОЙ ВЛАГИ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ГИДРОУЗЛА «КАПАНДА» С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ СТЕНКИ И ВОЗДУХОЗАБОРОВ ГЭС.



           При пропуске паводков 2003-2006 гг. р. Кванза через гидроузел «Капанда» (Ангола) выявилось, что при работе поверхностных водосбросов плотины гидроузла образуется водно-воздушная пыль, которая, формируясь в виде облака, может перемещаться из зоны сопряжения бьефов на прилегающую территорию, в том числе на станционную площадку гидроузла. Эта капельная влага затем выпадает в виде интенсивных осадков, что вызывает определенные неудобства для производства строительных работ и эксплуатации ГЭС. В частности, высокая концентрация влаги, проникающей в воздухозаборные устройства системы охлаждения ГЭС, может привести к нерасчетным режимам работы оборудования.

 
          В 2004 г. были проведены натурные исследования параметров упомянутого выше водно-воздушного облака. В 2005-2006 гг. на основе этих данных была разработана, откалибрована и тестирована компьютерная модель трехмерной вынужденной конвекции и переноса капельной влаги в районе крупного гидроузла, в котором сопряжение бьефов осуществляется путем отброса струй водосброса, обеспечивающих интенсивное дробление сбросного потока с целью предотвращения размыва русла потока в нижнем бьефе.

  
         Данная математическая модель применена для прогноза эффективности влияния разделительной защитной стенки, предназначенной для уменьшения попадания влаги на территорию станции и в воздухозаборы ГЭС «Капанда». Оценивается количество капельной влаги, которое может попасть в воздухозаборное устройство при работе поверхностных водосбросов на максимальном режиме, когда суммарный сбросной расход составляет 7400 м3/с.



           ВЫВОДЫ:


           На основе анализа натурных данных о величине осадков, выпадающих на площадках гидроузла при работе водосбросных сооружений, а также с учетом результатов численного моделирования переноса капельной влаги в нижнем бьефе гидроузла «Капанда» представляется возможным сделать следующие выводы.


1. При работе водосбросов большое содержание капельной влаги в окрестности воздухозаборного сооружения здания ГЭС определяется двумя причинами. Первая состоит в проникновении на данную площадку водно-воздушного облака, формирующегося в области падения струй водосброса. Вторая причина – возникновение в нижнем бьефе интенсивных поперечных волновых движений воды, при которых при ударе волн о берег образуются крупные «брызги», способные подняться на достаточно большую высоту и достичь рассматриваемой площадки.


2. Защитная стенка, являющаяся эффективным препятствием для «брызг», обусловленных поперечным волновым движением воды в нижнем бьефе, не может служить защитой от проникновения в воздухозабор ГЭС водно-воздушного облака.


3. Согласно результатам численного моделирования, при работе водосбросных сооружений на максимальном режиме характеристики поступающей в воздухозабор ГЭС воздушно-капельной среды следующие: 

           • содержание воды в жидкой фазе (водность) – 5.8 г/м3, 

           • средний радиус капель влаги – 400 мкм.


4. При объемах забора воздуха 450 тыс.м3/час расчетное количество капельной влаги, проникающее в воздухозабор, составляет около 0.7 кг/с. Приведенные величины практически не зависят от характеристик средней (метеорологической) скорости ветра в районе гидроузла.


5. Из-за относительно большого размера капель они, скорее всего, будут интенсивно осаждаться внутри воздухозаборного устройства ГЭС. Однако этот вопрос требует специальных исследований.

 

Подробнее с этой работой можно ознакомиться в следующих статьях: 

1. В.Н. Котеров, Б.В. Архипов, В.В. Беликов, В.В. Солбаков, В.Е. Федосов. Численное моделирование образования и переноса капельной влаги в нижнем бьефе гидроузла при работе водосбросов трамплинного типа // «Гидротехническое строительство», 2007, №7. С.17-27

2. В.Н. Котеров, Б.В. Архипов, В.В. Беликов, В.В. Солбаков. Численное моделирование образования и переноса капельной влаги в нижнем бьефе гидроузла // «Математическое моделирование». 2008. Т.20 (5), Стр.78-92.

3. В.Н. Котеров, Б.В. Архипов, В.В. Беликов, В.В. Солбаков. Численное моделирование переноса капельной влаги в нижнем бьефе гидроузла «капанда» с учетом влияния разделительной стенки и воздухозаборов ГЭС // «Безопасность энергетических сооружений» 2007г., №16, стр.89-97

 

Вернуться в раздел Численное моделирование.

 


Рис.1. Гидроузел «Капанда» при сбросе воды из верхнего бьефа через 4-й поверхностный водосброс и два донных водосброса (
http://www.hydroproject.ru)

 
Рис.2. Концептуальная модель циркуляции воздуха и переноса капельной влаги в нижнем бьефе гидроузла
1 – турбулентная струя; 2 – вовлечение воздуха в турбулентную струю; 3 – область выброса воздуха, «вовлеченного» турбулентной струей; в этой области происходит интенсивное образование капельной влаги; 4 – перенос капельной влаги воздушным потоком, сопровождающийся укрупнением капель за счет гравитационной коагуляции [3]; 5 – выпадение крупных капель на подстилающую поверхность в виде осадков.




Рис.3. Результат расчетов интенсивности осадков h, мм/сут, выпадающих на подстилающую поверхность (а), и сравнение с результатами экспериментальных измерений (б) при пропуске расхода водосброса по режиму №4.


Рис.4. Расчетная область и орография подстилающей поверхности.
  


Рис.5. Расчетные поля скорости ветра (а) и коэффициента турбулентного обмена A [м2/с] (б) у подстилающей поверхности при высоте защитной стенки H=40 м.