水電站地下廠房熱濕環(huán)境研究.pdf

1、近20年來,已建、在建和擬建的許多巨型、大型水電站由于受地形地貌和其它各種因素的影響,許多都選擇了地下廠房形式。由于深埋于地下的廠房被很厚的巖層所覆蓋,室內(nèi)的熱濕環(huán)境對(duì)設(shè)備檢修人員健康和機(jī)組設(shè)備的安全運(yùn)行至關(guān)重要。本文首次對(duì)水電站地下廠房多孔圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞過程、壁面熱濕吸放過程和廠房室內(nèi)熱濕環(huán)境進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。多孔材料在一定條件下的熱濕傳遞過程和熱濕傳遞機(jī)理極其復(fù)雜,濕分傳遞受多種傳輸機(jī)理的作用,沒有一種單一理論能概括某種多孔

2、材料在所有條件下的濕傳遞過程,各國學(xué)者針對(duì)不同的使用條件發(fā)展了多種理論的熱濕傳遞模型,本文在前人研究的基礎(chǔ)上,提出了以相對(duì)于孔隙中飽和水分含量的相對(duì)濕度和溫度為驅(qū)動(dòng)勢(shì)熱濕耦合傳遞模型。模型考慮了水蒸汽和液態(tài)水的擴(kuò)散遷移過程,能較為全面地描述濕分在多孔圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際遷移過程。特別是對(duì)水電站地下廠房中常見的貼離壁襯砌和離壁襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱濕傳遞計(jì)算時(shí),濕度參數(shù)在邊界處和多層墻體接觸處是連續(xù)的,能直觀地反映多孔材料的潮濕程度。多孔圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面熱

3、濕吸放過程與室內(nèi)溫濕度參數(shù)相互影響、相互作用,準(zhǔn)確計(jì)算室內(nèi)熱濕負(fù)荷必須考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱濕吸放,否則會(huì)帶來一定的誤差。本文建立了多孔圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面熱濕吸放過程的數(shù)學(xué)模型,模型中吸放熱過程考慮了潛熱熱量。同時(shí)還針對(duì)地下廠房的邊界特點(diǎn),給出了確定地下廠房多孔圍護(hù)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)端邊界厚度的方法。采用有限體積法對(duì)多孔材料熱濕傳遞方程及控制條件進(jìn)行離散,用數(shù)值方法求解多孔圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫濕度分布和壁面的瞬時(shí)熱濕吸放量,采用FORTRAN語言編寫了圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕傳遞計(jì)

4、算程序,并用文獻(xiàn)[41]給出的算例和重慶大學(xué)A區(qū)防空洞的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。水電站地下廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的熱濕吸放一方面受室內(nèi)熱濕參數(shù)和空氣流動(dòng)速度的影響,另一方面受圍巖物性及溫濕度的影響。為方便工程設(shè)計(jì)人員,文中給出了水電站地下廠房遠(yuǎn)邊界圍巖溫濕度在16℃～28℃、60％~80%范圍,室內(nèi)溫濕度在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)下的常見波動(dòng)范圍,石灰?guī)r無襯砌壁面月吸放熱量、吸放濕量計(jì)算指標(biāo)及月平均熱濕吸放擬合公式。通過對(duì)云南大朝山水電站和重慶

5、江口水電站地下廠房熱濕環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),初步掌握了實(shí)際運(yùn)行工況條件下地下廠房的熱濕狀況,找出了水電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)存在的不足,為改進(jìn)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)節(jié)提供了基礎(chǔ)資料,將使往后的水電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)更為合理。并利用主廠房實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)本文給出的熱濕吸放指標(biāo)的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證,同時(shí)也間接地驗(yàn)證了熱濕傳遞模型的正確性。建立了考慮地下廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面熱濕吸放作用的室內(nèi)空氣熱濕平衡方程,結(jié)合多孔材料的耦合熱濕傳導(dǎo)模型和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕吸

6、放模型編制了熱濕環(huán)境模擬程序。并對(duì)我國在建的第二大水電站,龍灘水電站地下廠房發(fā)電機(jī)層的熱濕環(huán)境進(jìn)行了模擬,通過對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析,提出了水電站地下廠房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的新思想:將暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)由原來的以控制廠房熱環(huán)境為主調(diào)整為以控制廠房濕環(huán)境為主。最后按這種新的設(shè)計(jì)思想,選用文中給出的水電站地下廠房多孔圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕吸放指標(biāo)重新對(duì)龍灘水電站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)性設(shè)計(jì)和模擬,計(jì)算結(jié)果說明廠房熱濕環(huán)境完全能滿足機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行的要求,新