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1、第 6卷 第2期 1 995 年 6月 水科学进展 DA V NAC ES NI WA TRNESC I ECE V o l . 6 , N o . 2 J un . , 19 95 水面蒸发系数全国通用公式的验证 陈惠泉 (中国水利水 电科学研究院冷却水研究所 北京 1。44 ) 毛世民 安徽省 水利部淮河水利委员会 水利科学研究所 蚌埠 2330 00 ) 提要着重介绍 我国水面蒸发 一 散热系数研究的一项成果 - 一 水面蒸发系数公式的计算结果与 实际情况的对比 , 证明公式的可靠性和在全 国范围内的可用性 。 关键词试验水面蒸发蒸发系数计算公式 分类号 P 33. 22 1前言 作为全
2、 国 范 围 水 面蒸发 一 散 热 系 数 研 究的组成部分 , 在 风速 ( w ) 、 水温 (了 ; ) 、 气温 (了、) 、 相对湿 度( j )等环 境 参 数可 控 的风洞中进行 的系统试 验 , 证明 了 Dalt on 蒸 发模 式 (艺一 a ( e一氏” 中的蒸发 系数a ( )不仅 是风速的函数 , 还与水气温差 (TT ; 一7 。 ) 有关 ; 并建 立了蒸发系数 的计 算 公式仁 2 a = 2 . 7 7+1 . 5 6w 2 + 0 . 2 5(了 ) ,2 又10一 mm d 一 (hP a ) 一 (1) 或 a 一 2 . 45+1 . 5 6二 2
3、+ 0 . 20(,I :. )“ , 火10 一 m m d 一 (h P a ) 一 (l ) 如以能 量表示 a = 2 2 . 0+1 2 . sw , + 2 . 0(了 ) , W m 一2 (hPa) 一 (2) 或 a = 巨 1 9 . 6+1 2 . 5w 2 + 1 . 6(了 ) “ Z W m 一 2 (h Pa) 一 (2 ) 式中 w为 水面以上1 . s n: 处的风 速 ( m/ S ) , T 。 为水一气虚温差 ( C ) 。 公式 (l ) 或 (2 )(下文 称建议 公式) 统一 了自由对 流与强迫对 流蒸发的机理及天然 水体 与超 温水 体水面蒸 发
4、规律 。 该公 式已经 部级鉴定 , 可供 水利 、 电力 、 环保 等部 门 使用和作 为 编制 、 修订有关 规范 、 标准的依据 。 本文 着重介绍建议公式与几 个著名公式的比较 , 以及计算结果与国内蒸 发试验资料和 国 外冷却池原型蒸发观 测资料 的符合情况 , 以证明公式 的可靠性和在 全 国范围的 可 用性 。 2水面蒸发系数的比较 建议 公式与国内外影响较大的原苏联 火 电设计院公式 、 施成熙公式川 、 Ry a n 一 H a r l e m an (R 一 H) 公式川以及最 近发 表的Ad a m s 公 式仁 5均 列 于表 1 。 收稿日期 : 19 94 一6一
5、3 0 2期 陈惠泉 、 毛世民 : 水面蒸发系数全国通用公式的验证 1 17 T a bl e ( a 以W m 一 2 表 1 蒸发系数 a 计算公式 F ro m u l a s f roeva P ora ti noc o e f fici ne ta ( Ph a 广 计 ; 二以(m/ s ) 计 ; T , 艺 以C计) 公式 年份) 建议公式 (29 5 8) : 2 2 . 0+1 2 . 42。子 5+ 2 . 0 (了 ) 2 或19 . 6+12 . sw不 . 5+ 2 . 6 (了 , ) 原苏联火电设计院 (1 9 5 9) : 8 . 40十1 . 2戈 口2
6、施成熙等 (1 954) : 38 7+2 2 . o t 。 圣 , 2 气象参数 可控的风 洞水槽试验 原型冷却池资料 我国蒸发试验站资料 R 一H (19 7 4) : 2 . 70(,I t,) 3 十3 . 13t。,2 A dam s (1990) : (2 . 7 (了 :, ) 3 ( 乃水而面积 , 借用平板传热比拟和天然水温的蒸发公式 , 并用超温水体蒸发资料检验 半经验公式 , 用超温水体蒸发试验资料检验 2+ (5 . 1月一“ , 5: 刀2)2 2 以h n1 2 计) 原 苏联火电设计 院公式虽 然根据 冷却 池原型观测资 料建立 , 但 不包含水 一气温 差项,
7、 实质 上 是将水 一 气温差的影响归入常数项 内 。 我 国在 7 0 年代前 , 火 电设计 多用这个 公式计算蒸发散 热 , 已证明不尽符合实际 ; 施成熙公 式 建立在我国各地 大型蒸发池观测资料的基础上 , 比前人的线性公 式有较 高精 度 。 该公 式 不 含水气温 差项 , 适用于天然水温水体蒸 发计算 ; 风速 项 的系数与建议 公式接近 , 是 建议公 式 ,I 一7C的一个 特例 。 用官厅 、 广州 、 营盘 、 宜兴和新安 江 5个 蒸发试 验站以及 晋阳湖 、 微山湖 、 红 雁池 水库 、 猛进水库 、 汗戈力水库和 民山门河道 等 6个 散热 系数试验站 1860
8、组 资料检 验 , 建议公 式与施成熙 公式 的相关 系数分 别 为 0 . 73 3 和 。 . 7 2 2 ; 均方差分别为 0 085和0 . O9 2m n、 1 ( hp a ) 一 , 平 均偏离 (D :, 舀 、十一 喃 )分别为一0 . 0 02和0 . O 1 7m m d 一 h ( P a ) 一 说明建议 公式是 对施成熙公式的改 进 。 R 一 H 公式 在 欧美广泛应 用 。 该公 式包含 水气 温差项 , 其特点是自由对流作 用与强迫对 流 作用线性叠 加 ; 自由对 流蒸发比拟平板传热与 (卫) 3相关 , 强迫 对流蒸发与风速线性相关 ; 而且没有常数 项
9、。 这 几点均 不符合精确试验显 示的客观 规律 , 只是在w 一。 , T 。 SC的情况 下 , R 一H 公式计算值与建议公 式 的计算值比较符合(图 1) , 而 R 一H 公式 依据的试验 , 恰 恰缺 少 T 。 SC 的资料 。 美 国Ad ams 教授于 1 99 0 年提 出的 自由对流与强迫 对流矢量相加 的新公式 , 是 对 R 一 H 公 式的改进 。 它与建议公式相同之 处是对自由对流与强迫 对流 作用作了相近的处理 , 不 同之处 在于 : (1 )Ad am S 公式没有常数项 , 不能 反映 , I 。 一。 , w 一。情况下仍有蒸发的客观事实 ; (2 )
10、建议公式中自由对 流蒸发与 (T 。 ) 2 / 相关 , 而Ad a m S 公式与(T 。 ) 3相关。 前者已获晋 阳湖和小汤 山温泉蒸发资料的验证 ; (3 ) 建议公式采用水面上的气象参数 , 而Ad am S 公式采 用陆上气象参数加以水面面积改正 , 这涉及水陆气象参数换算的复杂问题 , 显然以取水 面上 气象参数计算更为合理 。 顺便指出 , 当水面面 积 A10 0 lo o h o m , 范围 内 , 除w lms / 和 T 。 一o 的组合外 , 两个公式计算的 a 值相差不超 过 1 0 % 。 建议 公式与全 国水面蒸 发 一散热 系数研 究的另一成果 , 即根
11、据大 量野外观测资料 分析研究 1 1 8水科 学进展6 卷 / / / / / / / / / / / 才才才才 :, 、 丫丫 广广队队队队队队队队队队 建议公式式 曰卜 R一H公式 式 一一一一旅 成燕公式式 乃乃乃乃乃乃 . . . . .口口 洲洲, 琴琴严 严 一一 碗议公式式 一一d 二 。 公式式 苏苏 火电设计院公式式 己山 : l 0 05 0 l 2 3 功/m 一 123 4 切/m s 图 1 建议公式 与几个著名公式的比较 Fig . 1 . C o mp arison be twe enthe sugested f o r m u l aa n d so m e
12、w e l l 一kn own f o rmu la s f o ra 提出的水面蒸发系数计算公式(通用公式A)的比较 , 表明在常见的气压 、 风 速和水 气温 差的条件下 , 两者计算的水面蒸 发系数值相差 , 一般小于5% , 从 不同途径得到的这两个公式 , 相互得到有力的支持与检验 。 3建议公式的检验 建议公式 经气象条件相 差很大 的广 州蒸发站 (了一7 0 %一9 0铸)和新疆猛进水库(f 4 0% 一5 5铸)实测资料的验证 , a 的计算值与实测值相 差一般小于 8% (图2) 。 胜.r . . . . . L e s e s e se s , , . . . . (一
13、 , 广 , 5。 护奇 十广州站了一5, C . 广 州站T二 O弋 00 ,. 山 . 任进 水库T- 一 2 . 8 4 . 4 一建议 公式 广r一一找尸一代九 切/m s一1 十广州站么T 一 0 5呢 。 盆进 水库么T 一2 . 8 4 . 4丫 501001 50 马计, 图 2 建议 公式 计算的 口 值广州站 、 猛进水库 实测值的 a 值比较 Fig 2 Comp arison b etwe ene a le u la ted an d m e asure d ava lu e s f or G u angzhou St atio nan dM o on ji ng R
14、eservo i r 建议公式也获得 了 国外超温水体实 测资料的良好验证 。 取用 文献5 , 6水域实测结果 与建议公式计算结果的对比列于表 2 。 表中显示 , 实测对象除一个属试验室的外 , 其余都属原 浪培民 . 水面蒸发 与散热 系数研究全国资料分析研究的通用公式 A . 199 0 2期 陈惠泉 、 毛世 民 : 水面蒸发系数全国通用公式的验证11今 体水域 。 水域性质包括河道 、 水库 、 湖泊 、 水 池 ; 水域面积 A 41 3 6h 0m 2, 水气温差 TZ、 6 7 , 风速二. 0 5一sms / ; 即使试验室的资料 , A 及 T 的变幅也很可观 。 如此不
15、同水域性质 、 大范围水文气象参数变化的情况 , a 的计算值与实测值 , 平均相差仅 9% 。 表中D r e sde n 冷却 池与P ower ton 冷却 池的水文气象参数十分接近 , 其平均值的可靠性 (或 “ 权 ” )应高 , 计算 值与实测值相差不到 3% 。 表2 蒸发系数实测值 Q. 与公式 ( 2)计算值 。、 比较 T ab le 2 . C o mP自ris o n b et铆e en e ale ulated 价 a nd m e a sured 吼f orvariou s wate r b o die s 原型观测 观测对象 水面面积 A ( hm Z) 水气温差 了、 () 风速 留2 ( m/s) 蒸发系数 a (w m 一2 hP a一l) 一一一一 ,.一一 一 . . . .一 一一- - . 目目 - 一 殉心 红 叽 实测值计算值 H efne r 湖 B r adyate l . (3个冷却池) Ha z ewoo d 水池 Ha z e w oo d 热水池 D r e sde n 电厂冷却池 p owe rton 电厂冷却池 A n na (WHT F) 湖 Ea s t M e s a 水池 a S v a n n ah 河 试验室水池 切尔诺贝利核电站冷却池 兹米耶夫火电站冷却池 注 : 原型资料取自文
