地下水電站熱濕環(huán)境形成機(jī)理及節(jié)能調(diào)控策略.pdf

1、近年來,我國水電站建設(shè)處于高速發(fā)展期,大多數(shù)電站特別是大型電站都選擇了地下形式。由于深埋地下,當(dāng)熱濕調(diào)控措施不當(dāng)時,廠內(nèi)容易產(chǎn)生潮濕、發(fā)悶、發(fā)霉、結(jié)露等現(xiàn)象。為了消除這種熱濕環(huán)境,電站往往采用大容量的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備,但并未取得滿意的效果。目前相關(guān)研究主要以廠內(nèi)設(shè)備散熱為出發(fā)點,側(cè)重于熱環(huán)境的研究,而對熱、濕耦合狀態(tài)下的環(huán)境研究較少,未深入揭示其熱濕環(huán)境的形成機(jī)理,故很難保證調(diào)控策略的有效性。地下水電站的熱濕環(huán)境受多種因素的綜合影響,了解不

2、同因素的影響機(jī)理是有效解決熱濕環(huán)境問題、制定科學(xué)合理調(diào)控策略、降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵。
　　本文對此開展了系統(tǒng)的研究,建立了地下電站熱濕環(huán)境的模擬預(yù)測方法,揭示了廠內(nèi)熱濕環(huán)境的形成機(jī)理,同時分析了不同因素對熱濕環(huán)境的影響過程及機(jī)理,并以此為基礎(chǔ),提出了合理制定廠內(nèi)熱濕環(huán)境調(diào)控策略的方法,為優(yōu)化工程設(shè)計和運行調(diào)控提供科學(xué)支撐,為電力生產(chǎn)提供可靠的保障。本文的研究是在國家自然科學(xué)基金“深埋地下式水電站熱濕環(huán)境形成機(jī)理與節(jié)能調(diào)控”(

3、51178482)資助下完成的。通過分析,將地下水電站洞室群分為兩大類,即大空間廠房和狹長進(jìn)風(fēng)洞,針對兩種類型洞室,分別建立其圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱濕傳遞數(shù)學(xué)模型。模型均以液態(tài)水體積含濕量和溫度作為驅(qū)動勢,并首次將“單元分割”思想引入到模型求解過程中。通過對兩個模型的熱質(zhì)傳遞控制微分方程進(jìn)行離散,分別采用MATLAB編寫了計算程序。為驗證數(shù)學(xué)模型的正確性,本文建立了綜合的驗證方法,分別對反映熱濕傳遞機(jī)理的數(shù)學(xué)模型的正確性及其在地下水電站應(yīng)用中的

4、適應(yīng)性進(jìn)行了驗證。地下進(jìn)風(fēng)洞是空氣進(jìn)入廠房的預(yù)處理段,是分析廠房內(nèi)熱濕環(huán)境的前提,通過模擬計算,本文揭示了地下進(jìn)風(fēng)洞對氣流的熱濕處理規(guī)律、洞內(nèi)結(jié)霧的位置及時段,并對地下進(jìn)風(fēng)洞對廠房環(huán)境、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的影響進(jìn)行了分析。為合理利用地下進(jìn)風(fēng)洞的自然資源、通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的選型設(shè)計和運行調(diào)節(jié)提供了科學(xué)支撐。
　　本文以耦合性為切入點,對主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)熱濕吸放進(jìn)行了研究,揭示了空氣參數(shù)與壁面熱、濕吸放的內(nèi)在聯(lián)系;并以空氣參數(shù)特征值

5、為自變量,通過耦合關(guān)系,提出了圍護(hù)結(jié)構(gòu)全年動態(tài)熱、濕吸放簡化預(yù)測公式,為工程上計算壁面散熱散濕、估算空調(diào)容量、調(diào)整通風(fēng)策略提供了方便實用且較為準(zhǔn)確的方法。同時對電站投產(chǎn)初期,圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的施工余水的遷移過程進(jìn)行了研究,同樣以耦合關(guān)系為基礎(chǔ),分析了不同空氣參數(shù)對余水遷徙的影響,提出了施工余水遷移速率、余水影響期及余水導(dǎo)致的壁面散濕量的簡化動態(tài)計算公式,為工程上余水影響年限的估算、相應(yīng)防潮措施的選擇提供了較為實用的方法。由于工藝特性,地下水電

6、站的熱濕環(huán)境還受發(fā)電設(shè)備、引水發(fā)電系統(tǒng)、廠內(nèi)氣流組織等諸多因素的影響。針對發(fā)電設(shè)備,本文對其散熱的強(qiáng)度、時間、空間特性進(jìn)行了研究,對重點發(fā)熱設(shè)備(發(fā)電機(jī)、變壓器、母線)進(jìn)行分析并獲得了其相應(yīng)的散熱特性;對引水系統(tǒng)部分,首次建立了考慮引水管道的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部二維熱濕傳遞模型,通過計算揭示了引水系統(tǒng)對廠內(nèi)熱濕環(huán)境的影響機(jī)理,確定了在引水管道影響下的壁面結(jié)露位置、時間以及其造成的附加傳熱量與傳濕量;氣流組織方面主要對壁面處空氣流速與通風(fēng)內(nèi)循環(huán)進(jìn)

7、行了計算,提出在不同空氣流速下圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁面的熱濕吸放特性及其對廠內(nèi)的影響,同時建立了熱、濕平衡方程,將內(nèi)循環(huán)率引入計算過程,對不同內(nèi)循環(huán)率下的廠內(nèi)環(huán)境、圍護(hù)壁面的熱濕吸放進(jìn)行了研究。通過對不同影響因素的研究,更加具體、綜合、全面地揭示了廠內(nèi)熱、濕環(huán)境的形成機(jī)理,為整個廠房熱濕環(huán)境調(diào)控提供了科學(xué)的支撐。最后以某巨型地下水電站為例,建立了廠內(nèi)熱濕環(huán)境模擬預(yù)測方法,該方法綜合考慮了不同因素對廠內(nèi)熱濕環(huán)境的影響機(jī)理,通過模擬預(yù)測,得到了該電站地