深埋地下式水電站熱濕環境形成機理與節能調控

《深埋地下式水電站熱濕環境形成機理與節能調控》是依託重慶大學，由肖益民擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：深埋地下式水電站熱濕環境形成機理與節能調控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖益民
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

近年來我國的水電站建設處於高速發展期，地下式電站套用較多，對地下式水電站熱濕環境調控的基礎理論研究嚴重滯後。本項目力求解決水電站地下洞室群的熱濕環境形成機理方面的理論問題。主要研究水電站地下洞室群熱濕環境問題物理模型的建立方法；通過理論分析、數值模擬與模型實驗、工程實測等手段，研究水電站地下洞室圍護結構體的熱濕傳遞、蓄存、釋放機理，特別是非均勻物性場中的濕遷移機制及熱量與濕量的耦合傳遞機制，並建立物理數學模型；研究非受控與受控條件下地下洞室群的熱濕環境形成機理，建立洞室群網路的熱量、濕量和質量傳輸模型和熱濕環境模擬預測方法；基於地下洞室的熱濕環境形成機理和模擬預測方法，研究水電站地下洞室群被動熱濕調控能力的評價理論、指標體系和套用方法，形成充分利用被動調控能力的熱濕環境調控系統設計與調節的理論和方法，為最佳化工程設計和運行調節提供科學支撐。

結題摘要

地下水電站包括高大主廠房、副廠房和母線洞、升壓變壓站、尾水洞檢修閘門室，以及防滲排水廊道、各種施工洞和連線地面的交通洞、進排風洞、電纜出線洞等，地下洞室群規模龐大，各種功能空間聯接關係複雜，熱濕環境與通風流動相互影響。正確認識水電站地下洞室群的熱濕環境形成機理、準確預測洞室圍護結構的熱濕傳遞、合理組織複雜洞室群和廠房空間內部的空氣流動，是保證廠內熱濕環境參數要求並實現節能調控的關鍵。本項目以多孔介質模型和體積平均法思想為理論依據，對廠房空間採用 “集總參數法”，對縱向流動的長洞室採用縱向“單元分割法”，建立了圍護結構熱濕耦合傳遞的數值計算模型和求解方法，採用實驗和工程實測數據驗證了數值計算結果的準確性；以大量的模擬計算為基礎，提出了圍護結構與空氣的熱濕交換量的簡化擬合計算式；開發了氣流參數動態計算軟體。通過數值模擬分析、實驗和大量的現場實測，研究並揭示了主要發電設備的散熱特性、圍護結構動態熱濕蓄放、室外進風參數的動態變化、引水系統等因素對地下式水電站洞室群空間熱濕環境的影響機理。發電機、母線、變壓器、照明散熱是主要顯熱來源，其中發電機的機墩質量大，散熱有較明顯的時滯性。圍護結構與空氣參數波動相互作用，且空氣參數周期性波動是引起圍護結構動態熱濕蓄放的原因，並反過來調節空氣參數。空氣參數的波幅越大，調節作用越強，因此與室外相連線的進風洞對空氣溫度的調節作用最為顯著。圍護結構對空氣的濕量調節主要體現在春末或夏季，進風洞和主廠房底部受引水系統影響的空間較低的表面溫度引起空氣的結露，以及混凝土結構中的施工余水散發，而圍護結構體隊濕量的動態蓄放影響深度淺、量值較小。制定地下式水電站廠內熱濕環境調控策略主要應考慮發電設備的工況和室外氣象條件，充分利用室外空氣、圍護結構和水庫水等自然資源，整體以通風排除餘熱為主，結合不同部位的特徵輔以局部冷卻除濕。地下洞室群通風網路氣流組織是熱濕環境調控的關鍵技術。本項目針對地下水電站複雜洞室及廠房空間的關聯關係和負荷特徵，提出對通風網路分析的“級次組合”思想，推導建立了水電站地下洞室群通風網路空氣流動與傳熱動態耦合的計算模型，提出了設計通風量的計算方法，模型試驗得出了各種特殊通道的局部流動阻力特徵參數，形成了以動態模擬分析為基礎的通風網路氣流組織與動力匹配的計算方法，開發了地下水電站通風網路計算分析軟體。