地下水電站廠房氣流組織CFD數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、近年來，在我國實施西部大開發(fā)和西電東送戰(zhàn)略的背景下，水電站建設(shè)在我國得到了蓬勃發(fā)展。地下水電站由于埋深大、封閉性強、自然換氣不充分，廠房內(nèi)容易出現(xiàn)悶熱、潮濕、空氣品質(zhì)差等現(xiàn)象。因此合理的氣流組織對保障地下水電站的生存環(huán)境和運行安全至關(guān)重要。
　　根據(jù)國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)表的研究成果，對地下水電站廠房氣流組織的研究方法主要有：相似模型試驗、區(qū)域模型、CFD數(shù)值模擬。其中CFD數(shù)值模擬由于具有不受實際條件約束、能夠保證洞室間關(guān)聯(lián)性、結(jié)果更加直

2、觀等優(yōu)點，在地下水電站廠房氣流組織研究領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。值得注意的是，受基礎(chǔ)理論與計算手段的限制，地下水電站廠房氣流組織CFD數(shù)值中關(guān)于計算精度、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、熱源模型建立和湍流模型的參數(shù)設(shè)置等方面，存在著一些迫切需要解決的技術(shù)問題，值得進一步研究。本文是國家自然科學(xué)基金資助面上項目（51178482）“深埋地下水電站熱濕環(huán)境形成機理與節(jié)能調(diào)控”的研究內(nèi)容之一。
　　論文以白鶴灘水電站為研究對象，采用FLUENT軟件對地下水電站

3、廠房氣流組織CFD數(shù)值模擬的數(shù)學(xué)物理模型建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)置過程中一些模擬方法進行了對比分析、討論，得出了適宜于地下水電站廠房氣流組織的CFD數(shù)值模擬方法；通過相同工況下相似模型試驗與CFD數(shù)值模擬結(jié)果的對比、驗證分析，發(fā)現(xiàn)采用兩種研究手段所得到的結(jié)論基本吻合的，從而說明論文得出的地下水電站廠房氣流組織CFD數(shù)值模擬方法是正確的、可靠的。論文研究成果及提出的數(shù)值模擬方法，可以為今后地下水電站廠房的氣流組織CFD數(shù)值模擬提供一定的

4、參考與借鑒。
　　論文具體研究工作及得到的主要結(jié)論如下：
　?、龠\用等體積法將地下主廠房中上部非規(guī)則的圍護結(jié)構(gòu)簡化設(shè)置為規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)模型，并對簡化前后的廠房氣流組織效果進行了數(shù)值模擬對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在兩種結(jié)構(gòu)模型中，模擬得到的廠房內(nèi)部溫度場、速度場分布規(guī)律基本相同，兩者誤差在5％以內(nèi)；從而說明，為了降低建模工作量和網(wǎng)格劃分難度、減小模擬運算量，地下水電站廠房圍護結(jié)構(gòu)物理模型可以按照等體積法將主廠房中上部非規(guī)則圍護結(jié)構(gòu)簡

5、化設(shè)置為規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)模型。
　?、趯l(fā)熱設(shè)備分別設(shè)置為發(fā)熱均勻的體熱源與面熱源，并對兩種熱源設(shè)置條件下的廠房氣流組織效果進行了數(shù)值模擬對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在兩種熱源設(shè)置條件下，模擬得到的廠房內(nèi)部溫度場、速度場分布規(guī)律基本相同，其誤差均在5%以內(nèi)。從而說明，為了便于收斂、邊界條件設(shè)置和網(wǎng)格劃分，發(fā)熱設(shè)備可以設(shè)置為發(fā)熱均勻的面熱源。
　　③對將照明設(shè)備設(shè)置為屋頂面發(fā)熱均勻的面熱源的模型與按照照明設(shè)備實際尺寸建立的模型進行了對比模

6、擬分析，兩個模型的溫度場和速度場分布規(guī)律相同，數(shù)據(jù)誤差在5%以內(nèi)。為了使模型更容易收斂，宜將照明設(shè)備設(shè)置為屋頂面發(fā)熱均勻的面熱源。
　?、芊謩e采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和混合網(wǎng)格進行了地下水電站廠房進行了網(wǎng)格劃分，當(dāng)混合網(wǎng)格的網(wǎng)格單元數(shù)量為120000個和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格單元數(shù)量為200000個時，兩者的模擬結(jié)果與理論計算值的相對誤差為1.64%。從而說明，為了降低了網(wǎng)格單元的數(shù)量，節(jié)約計算時間，對地下水電站廠房進行網(wǎng)格劃分時宜采用混合網(wǎng)格。

7、
　?、輰Φ叵滤娬緩S房中的發(fā)熱設(shè)備的換熱方式是否應(yīng)該考慮輻射換熱進行了對比模擬分析，通過對速度場、溫度場和數(shù)據(jù)三個方面的對比分析，說明了在對地下水電站氣流組織的數(shù)值模擬中發(fā)熱設(shè)備的輻射換熱不能夠被忽略，發(fā)熱設(shè)備換熱方式應(yīng)該是由對流換熱和輻射換熱兩種方式組成復(fù)合換熱才更加合理。
　　⑥通過對地下水電站的送風(fēng)管道進行對比模擬分析，說明了用經(jīng)驗公式計算地下水電站中的送風(fēng)口的湍動能值和耗散率值將會產(chǎn)生誤差。將送風(fēng)管道對比模擬的結(jié)果