黄海冷水管道输运传热计算及路径优选研究
夏季黄海冷水团低温海水是极好的低温冷源，可以利用区域供冷技术对其进行利用，为夏季城市建筑进行供冷。本文分析研究了黄海冷水资源取水位置与海底管道输送时热量交换问题。基于2006至2012年北黄海、大连海域以及山东半岛海域冷水团观测资料，分析黄海冷水团在大连、威海以及成山头海域分布及变化特征。推导导热微分方程、傅里叶定律以及牛顿冷却公式，建立海底管道输水热量传递数值模型。应用传热数值模型，选择5种海底管道，计算大连、威海及成山头海域管道输水温度变化，对比不同管道、管道内径及壁厚对输水升温的影响。应用FVCOM海洋数值模式，对渤海及黄海海域潮汐潮流进行了模拟。重点关注大连海域及山东半岛海域底层潮流特征，模拟中对此区域网格进行了加密。分析得到海域底层M2、S2、K1、O1潮流分布，最大可能潮流分布等，为海底管道铺设及海底冲刷研究提供数据支持。 通过分析大连、威海及成山头海域冷水团分布及季节变化得到：在大连、威海及成山头三处海域，大连海域冷水利用条件最好，成山头次之，威海最差。成山头海域是山东半岛海域中冷水利用条件最好的海域。由于“冷水舌”的存在，大连海域冷水团距离陆地较近，9℃等温线距离陆地不到9km，9月初“冷水舌”底层水温在10℃左右。成山头海域冷水团边界季节变化不大，与50m等深线符合度高，距离陆地30km左右。取水口处冷水团水温从7月中旬7℃升高至8月底10℃左右。 对比传热计算结果可知，大连海域输水海水升温最小，成山头次之，威海最高。大连输水传热计算中，水泥管输水最高升温为1.3℃，最低为0.05℃；PE管输水最高升温为0.6℃，最低为0.02℃；玻璃钢管输水最高升温为0.5℃，最低为0.02℃；加护保温层钢管输水最高升温为0.3℃，最低为0.02℃；PVC管输水最高升温为0.2℃，最低为0.01℃。威海输水传热计算中，水泥管输水最高升温为5.1℃，最低为0.5℃；PE管输水最高升温为2.9℃，最低为0.23℃；玻璃钢管输水最高升温为1.9℃，最低为0.15℃；加护保温层钢管输水最高升温为1.5℃，最低为0.2℃；PVC管输水最高升温为1.0℃，最低为0.1℃。成山头输水传热计算中，水泥管输水最高升温为5.2℃，最低为0.4℃；PE管输水最高升温为2.8℃，最低为0.18℃；玻璃钢管输水最高升温为1.8℃，最低为0.12℃；加护保温层钢管输水最高升温为1.4℃，最低为0.17℃；PVC管输水最高升温为1.0℃，最低为0.06℃。相同管道时，管道壁厚相同条件下，管道内径越大海水升温越小；管道内径相同条件下，管道壁厚越大海水升温越小；相同管道条件下，输水流速越大海水升温越小。 大连，输水线路底质沉积物类型以粘土质粉砂（Shepard三角图解法）或者砂质粉砂（Folk三角图解法）为主；威海，输水线路底质沉积物类型在近岸海域为粘土质粉砂，分布范围在10km左右，外海为砂质粉砂（Folk三角图解法）或者粉砂（Shepard三角图解法）；成山头，近海海底没有观测结果，外海海底沉积物类型为粘土质粉砂。从FVCOM数值模拟结果可以看出在海底管道输水路径离岸海域底层潮流较小，平均流速较小，最大流速在20cm/s左右，若将管道做填埋处理就可以减少管道受水流冲刷；在近岸海域特别是成山头近岸海域底层流速较大，计算中最大流速可达60cm/s左右，在进行管道铺设时要特别关注，防止管道受到水流冲刷而遭到破坏。 综合以上因素可以得出，大连海域黄海冷水团的利用条件最好；山东半岛海域中，成山头海域黄海冷水团的利用条件较好。
黄海冷水团;传热计算;路径优选;管道输运
中国海洋大学
硕士
物理海洋学
鲍献文
2013
中文
P754.1
139
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）