[發明專利]一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法

在審

• 申請號: 201410636742.3
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN104361232A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 孫昕;程雪娜;葉麗麗
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

1.一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據湖泊或水庫水體水溫分布情況，計算出湖泊或水庫水體水溫分層時的等效重心高度；

2)根據質量和熱量守恒定律，計算湖泊或水庫水體溫度分層被破壞、完全混合后的平均水溫；

3)根據湖泊或水庫水體溫度分層被破壞、完全混合后的平均水溫與其密度的垂向分布以及混合后的湖泊或水庫水體總體積計算出混合后水體等效重心高度，求出湖泊或水庫水體溫度分層被破壞、完全混合前后水體勢能增加量；

4)破壞湖泊或水庫水溫分層所需的最小能量即是破壞分層后水體的勢能增加量，破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率為破壞湖泊或水庫水溫分層所需的最小能量與破壞水溫分層系統的實際輸入能量之比。

2.根據權利要求1所述的一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法，其特征在于，步驟1)中，具體分為如下步驟：

1-1)根據湖泊或水庫水體水溫分布情況，將水體沿垂向每隔一定間距分為一層，其中，對于上部變溫層、中部躍溫層以及底部等溫層，間距分別取2～5m、1m以及2～5m；對于第一層水體，層頂即為水面，層底位于第一、第二測量點的平均水深處；對于第二層水體，層頂為第一層水體的層底，層底位于第二、第三測量點的平均水深處；對于最后一層水體，層頂為上一層水體的層底，層底即為水體底部，每層垂向距離的中點被視為每層水體的重心；

1-2)每層水體的溫度為T_i1，密度為ρ_i1，運用湖庫庫容與水位的關系求得每層水體的體積V_i1，則等效重心高度為：H_c1＝∑M_i1h_i1/∑M_i1，式中：M_i1為混合前每層水體的質量；h_i1為水平面到每層水體重心的距離。

3.根據權利要求2所述的一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法，其特征在于，步驟2)中，湖泊或水庫水體溫度分層被破壞、完全混合后，假設破壞分層期間熱量Q不損失，混合后的平均水溫T₂由式：Q＝∑cM_i1T_i1＝∑cM_i2T₂計算，其中，c為水的比熱容，M_i2為混合后每層水體的質量，且∑M_i2＝∑M_i1。

4.根據權利要求3所述的一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法，其特征在于，步驟3)中，由混合后的平均水溫，得到混合后每層水體的密度ρ_i2以及混合后的總體積V₂；混合前后水體的體積變化量△V＝∑V_i1-V₂，對于實際湖泊或水庫，水體體積取決于水庫的地形以及水深，實地測量湖泊或水庫的水體體積的技術難度很大，混合后水體的水深h₂由庫容與水位的關系求得；引入變化水深變化系數δ＝h₂/h₁，h1為混合前水溫分層水庫水深；混合后每層重心高度h_i2由混合前對應微層的水深h_i1乘以水深變化系數δ求得，則混合后水體等效重心高度為：H_c2＝∑M_i2h_i2/∑M_i2；由于水體混合后重心上移，引起水體勢能增加，其增加量為：△Ep＝MTg(H_c1-H_c2)，破壞分層所需的最小能量即為水體混合后勢能的增加量△Ep。