热扩散模型影响因子敏感性分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：温排水数学模型建立后，为了初步了解热扩散影响规律，以便为进一步的模型应用打下基础，主要对热扩散方程中水面综合散热系数k、热扩散系数D及河道流量Q等进行了敏感性分析，主要结论如下。图1热扩散方程参数敏感性分析由上述分析可知，一般热扩散的影响范围为一沿河道水流方向的扁长带状热污染带，该影响范围受散热系数k、热扩散系数D及河道流量Q等多个因素的影响，且各因素之间通常是相互影响的。

温排水数学模型建立后，为了初步了解热扩散影响规律，以便为进一步的模型应用打下基础，主要对热扩散方程中水面综合散热系数k、热扩散系数D及河道流量Q等进行了敏感性分析，主要结论如下。

（1）散热系数k。由图1（a）可知，随着扩散系数的增大，温水扩散影响的范围也随之减小，表现在其沿水流方向的扩散距离和垂直水流方向的距离均随之减小，扩散影响包络面积减小。

（2）热扩散系数D。物质在流体中的扩散过程主要在两方面：一是由于水流流速梯度所引起的剪切流动；二是由于流体分子的运动和流体的紊动引起的物质扩散。在温排水数值模拟中应根据自然水温的不同（如冬季和夏季）来选取相应的扩散系数。另外，由于扩散过程与剪切流动有关，所以扩散系数也受流速大小的影响。热扩散系数的选取通常也是采用经验方法来确定。

图1（b）给出了不同级别的热扩散系数条件下，热扩散的影响范围。由图可知，热扩散系数比较明显地影响热扩散垂直水流方向的距离，即热扩散系数越大，其垂直水流方向的影响距离越大，其沿水流方向的影响距离也略有增加。(https://www.chuimin.cn)

（3）河道流量Q。温排水受纳水体—河道中的流量大小对热扩散的影响也比较明显。在热扩散系数和水面综合散热系数相同的情况下，河道中的流量越大，水流流速越大，热扩散影响的范围也就越大，主要表现在沿水流方向的距离越大，垂直水流方向的扩散距离略有增加。

图1　热扩散方程参数敏感性分析

由上述分析可知，一般热扩散的影响范围为一沿河道水流方向的扁长带状热污染带，该影响范围受散热系数k、热扩散系数D及河道流量Q等多个因素的影响，且各因素之间通常是相互影响的。从定性分析上看，数值实验成果符合一般温升影响客观规律。

热扩散模型影响因子敏感性分析

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