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水电站地下厂房热湿环境研究

张华玲  
【摘要】: 近20年来,已建、在建和拟建的许多巨型、大型水电站由于受地形地貌和其它各种因素的影响,许多都选择了地下厂房形式。由于深埋于地下的厂房被很厚的岩层所覆盖,室内的热湿环境对设备检修人员健康和机组设备的安全运行至关重要。本文首次对水电站地下厂房多孔围护结构的热湿传递过程、壁面热湿吸放过程和厂房室内热湿环境进行了全面系统的研究。 多孔材料在一定条件下的热湿传递过程和热湿传递机理极其复杂,湿分传递受多种传输机理的作用,没有一种单一理论能概括某种多孔材料在所有条件下的湿传递过程,各国学者针对不同的使用条件发展了多种理论的热湿传递模型,本文在前人研究的基础上,提出了以相对于孔隙中饱和水分含量的相对湿度和温度为驱动势热湿耦合传递模型。模型考虑了水蒸汽和液态水的扩散迁移过程,能较为全面地描述湿分在多孔围护结构的实际迁移过程。特别是对水电站地下厂房中常见的贴离壁衬砌和离壁衬砌结构进行热湿传递计算时,湿度参数在边界处和多层墙体接触处是连续的,能直观地反映多孔材料的潮湿程度。 多孔围护结构表面热湿吸放过程与室内温湿度参数相互影响、相互作用,准确计算室内热湿负荷必须考虑围护结构的热湿吸放,否则会带来一定的误差。本文建立了多孔围护结构表面热湿吸放过程的数学模型,模型中吸放热过程考虑了潜热热量。同时还针对地下厂房的边界特点,给出了确定地下厂房多孔围护结构远端边界厚度的方法。采用有限体积法对多孔材料热湿传递方程及控制条件进行离散,用数值方法求解多孔围护结构温湿度分布和壁面的瞬时热湿吸放量,采用FORTRAN语言编写了围护结构热湿传递计算程序,并用文献[41]给出的算例和重庆大学A区防空洞的测试数据对模型进行了验证。 水电站地下厂房围护结构表面的热湿吸放一方面受室内热湿参数和空气流动速度的影响,另一方面受围岩物性及温湿度的影响。为方便工程设计人员,文中给出了水电站地下厂房远边界围岩温湿度在16℃~ 28℃、60%~80%范围,室内温湿度在通风空调系统控制调节下的常见波动范围,石灰岩无衬砌壁面月吸放热量、吸放湿量计算指标及月平均热湿吸放拟合公式。 通过对云南大朝山水电站和重庆江口水电站地下厂房热湿环境的现场实测,初步掌握了实际运行工况条件下地下厂房的热湿状况,找出了水电站地下厂房通风空调设计存在的不足,为改进通风空调系统设计和运行调节提供了基础资料,将使往后的水电站地下厂房通风空调设计更为合理。并利用主厂房实测数据对本文给出的热湿吸放指标的可靠性进行了验证,同时也间接地验证了热湿传递模型的正确性。 建立了考虑地下厂房围护结构表面热湿吸放作用的室内空气热湿平衡方程,结合多孔材料的耦合热湿传导模型和围护结构热湿吸放模型编制了热湿环境模拟程序。并对我国在建的第二大水电站,龙滩水电站地下厂房发电机层的热湿环境进行了模拟,通过对模拟结果进行分析,提出了水电站地下厂房暖通空调设计的新思想:将暖通空调系统设计目标由原来的以控制厂房热环境为主调整为以控制厂房湿环境为主。最后按这种新的设计思想,选用文中给出的水电站地下厂房多孔围护结构热湿吸放指标重新对龙滩水电站的通风空调系统进行了试验性设计和模拟,计算结果说明厂房热湿环境完全能满足机电设备安全运行的要求,新的设计思想可以在实际工程中尝试使用。


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