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摘要：本发明涉及电厂蘑菇头式取水构筑物取水边界层及其特征值估算方法，包括：建立包括蘑菇头式取水构筑物在内的取水海域三维流场模型；基于物理模型实验结果验证流场模型；蘑菇头式取水构筑物取水进流特点及流场分析；基于离散颗粒示踪的蘑菇头式取水构筑物的边界层分析；影响蘑菇头式取水构筑物取水边界层的关键因子识别；蘑菇头式取水构筑物取水边界层特征值及关键设计参数快速估算公式构建。本发明在使用蘑菇头式深层取水构筑物进行取水时，对取水环境水体影响范围进行取水边界层估算，确定蘑菇头式深层取水构筑物取水时对环境水体影响特征，以综合考虑蘑菇头取水进流特点、环境流场变化等多重因素，为蘑菇头取水构筑物对水体影响范围提供了依据。

主权项：1.电厂蘑菇头式取水构筑物取水边界层及其特征值估算方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1，建立包括蘑菇头式取水构筑物在内的取水海域流三维场模型：建立包括蘑菇头式取水构筑物在内的取水海域三维流场模型，获取取水海域地形、环境水流条件、岸线特征，以及蘑菇头式取水构筑物的设计尺寸、取水流量、取水流速、取水深度等，建立取水流场模型，划分计算网格，确定流场模拟的边界条件、初始条件并选择合适的计算参数，模拟包含蘑菇头式取水构筑物以及取水影响海域在内的流场变化；流场计算控制方程如下： 其中：u为时均速度，t为时间，p为水体压力，ρ为密度，μeff为湍动有效粘度，k为湍动能，I为二阶单位张量，αk为湍动能普朗特数，ε为湍动耗散率，αε为湍动耗散率普朗特数，Gk为平均速度梯度引起的湍动能产生项，C1ε和C2ε为常数系数；步骤2，基于物理模型实验结果验证流场模型：在室内实验水槽中构建蘑菇头式取水构筑物的正态比尺物理模型，测量各特征断面或特征点的流速、流向，与数学模型的模拟结果进行对比验证，计算值与实测值符合较好，即构建的数学模型能够反映取水流场变化的基本特征，可据此开展取水边界层的估算；步骤3，蘑菇头式取水构筑物取水进流特点及流场分析：根据验证后的流场模型的模拟结果，开展蘑菇头式取水构筑物进流特点及取水对环境水体的影响特征分析，并为步骤4中颗粒投放控制条件的设置提供依据；步骤4，基于离散颗粒示踪的蘑菇头式取水构筑物的边界层分析：在流场模拟结果基础上，进行离散颗粒示踪计算，颗粒运动的控制方程为： 其中：m为颗粒的质量，v为颗粒的运动速度，F为颗粒在流场中所受的合力；x为颗粒的位移；示踪计算时，将颗粒简化为移动的质点，即不考虑颗粒的质量以及由此引起的在流场中的受力，即m＝0；示踪计算时，采用进行颗粒运动的模拟，则任一颗粒的运动轨迹表述为： 其中：xt为颗粒在t时刻位置，xt+Δt为颗粒在t+Δt时刻位置，为Δt时间内颗粒的位移；计算过程：颗粒投放：特征断面处均匀一次性瞬时投放；基于蘑菇头式取水构筑物进流特点及流场分析结果设置颗粒投放控制条件，包括颗粒的投放初始位置、投放宽度及投放水深：投放初始位置设置：基于流场分析结果，以保证该断面处环境来流不受取水构筑物的影响为准，即投放初始时刻，颗粒可均匀分布；投放宽度设置：基于深层取水构筑物取数进流特点分析结果，以保证该断面宽度足够宽为准，即投放颗粒能够完全覆盖取水构筑物在水平宽度方向上的影响范围；投放深度：在不同水深深度投放颗粒，投放水深深度间隔尽量小，以明确颗粒在水平及垂向的示踪轨迹；蘑菇头式取水构筑物边界层的确定：垂直环境来流方向上，分析颗粒的示踪轨迹，能够进入取水头部中的示踪颗粒组成的最大包络范围即为蘑菇头式取水构筑物的取水边界层，其中垂直环境来流方向上，进入蘑菇头式取水构筑物内部的示踪颗粒的最大宽度为取水影响最大宽度；垂直环境来流方向上，统计投放深度方向，能够进入蘑菇头式取水构筑物内部的示踪颗粒的最大厚度为取水影响最大厚度，其中，颗粒初始位置在蘑菇头式取水构筑物上沿的，相应的厚度为蘑菇头式取水构筑物上沿以上影响厚度，记为Sup，颗粒初始位置在蘑菇头式取水构筑物下沿的，相应的厚度为取水构筑物下沿以下影响厚度，记为Sdown；取水构筑物进流窗口高度记为D；深层取水构筑物垂向影响厚度Stotal为：Stotal＝Sup+D+Sdown；取水边界层表征深层取水构筑物在垂直水流方向上影响环境水体的最大范围，取水边界层范围依据步骤4中垂直环境来流方向上，进入取水构筑物中的所有示踪颗粒的初始位置的最大包络范围绘制，其工程意义为该包络范围内的生物均易受取水影响进入取水系统，进而影响取水安全；取水边界层包络面积计算公式为： 式中：A为垂直环境来流方向上取水边界层包络面积；H为环境水深；h为颗粒投放深度；B’为对应颗粒投放深度在水平方向上的包络宽度；步骤5：影响蘑菇头式取水构筑物取水边界层的关键因子识别：重复步骤1至步骤4，计算不同海域、不同取水情况、不同蘑菇头设计条件下蘑菇头式取水构筑物的取水边界层特征值，积累数据进行影响取水边界层特征值的关键因子识别；将各取水边界层特征值与各环境因子和取水构筑物设计因子进行两两相关性分析，分析公式如下： 其中，r为相关性系数，其范围为[-1,1]，若|r|＝1为完全相关，r＝0为不存在线性相关关系，-1≤r＜0为负相关，0＜r≤1为正相关，0≤|r|≤0.3是微弱相关，0.3＜|r|≤0.5是低度相关；0.5＜|r|≤0.8是显著相关；0.8＜|r|≤1是高度相关；n为进行分析的案例个数，i为第i个案例，xi为第i个案例中自变量的值，为n个案例自变量的平均值；yi为第i个案例中应变量的值，为n个案例应变量的平均值；关键因子的识别方法为：取0.5＜|r|＜1的对应自变量为关键因子；步骤6：蘑菇头式取水构筑物取水边界层特征值及关键设计参数快速估算公式构建：提取步骤5中识别的关键因子，根据各物理量之间的基础相关关系，采用尽量精简的物理量及运算关系，描述自变量与因变量的变化，结合数值模拟和物理模型试验的结果，考虑影响取水边界层的关键因素在公式中的体现，基于量纲和谐原理，利用多元回归分析构建回归关系，构建蘑菇头式取水构筑物取水边界层特征值，即蘑菇头设计关键参数Sup、Sdown和若采用多个蘑菇头串联取水，相邻蘑菇头设计最小中心间距Bmin的快速估算公式。

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