水电站地下洞室群自然通风网络模拟及应用研究

水电站地下洞室群自然通风网络模拟及应用研究

论文题目: 水电站地下洞室群自然通风网络模拟及应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 供热,供燃气,通风及空调工程

作者: 肖益民

导师: 付祥钊

关键词: 水电站,地下空间,自然通风,网络模拟

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在国际上大力推广自然通风的同时,国内因为安全生产的严峻局面,禁止地下矿井采用自然通风。我国正在大规模建设水电站,水电站地下洞室群能否采用自然通风,是个急待回答的重要问题。为此,本文开展了系统的研究,建立了基于网络模型的水电站地下洞室群自然通风模拟分析方法,揭示了水电站地下洞室群自然通风形成的机理和特性,论证了国家重点工程小湾水电站地下水电站自然通风的可行性,提出了水电站地下洞室群中应优先采用自然通风的新观点。本文首先提出了水电站地下洞室群空间网络图化的概念和方法。界定了网络图要素的属性;建立了网络图的级次概念;提出了网络的级次组合分析方法;结合工程实例给出了水电站地下洞室群空间网络图化的基本方法;提出了边缘节点的概念,从理论上证明了大气虚拟分支的数目与连接方法。提出了网络分支阻抗U值的概念及其模型实验的理论和方法;采用相似模型实验,获得了小湾水电站地下洞室群关键位置的压力分布状态及关键分支的阻抗U值。然后用网络图化的方法建立了水电站地下洞室群自然通风的网络模型,包括网络流动模型、网络温度模型和网络热压模型。提出了分支热压的概念、分支温度分布模型及分支热压的计算方法。提出了网络温度模型的概念,建立了通用的网络温度方程组,导出了方程组的系数矩阵表达式,并证明了方程式之间的相互独立性,使网络流动和网络温度状况在拓扑属性层次上联系起来,成为建立通用的网络模型和开发通用模拟程序的数学基础。进行了洞室内部温度扰量分解,首次提出了年温度波动作用热力系统和日温度波动作用热力系统的概念;建立了确定各热力系统远边界的系统频率特性分析方法;并将Z传递函数方法引入深埋地下洞室围护结构的不稳定传热计算。提出了水电站地下洞室群自然通风模拟的时间层次分解方法,构建了模拟程序的框架,用Matlab语言开发了数值模拟计算程序。从热压的形成机理分析入手,揭示了水电站地下洞室群自然通风形成的机理。揭示了热压自然通风网络中存在的热压分布多态性现象及其原因,给出了水电站地下洞室群的两种基本网络结构形式中,各种自然通风流向成立的条件式;揭示了热压分布多态性与流向成立条件式之间的联系,给出了并列母线洞或主变室之间出现局部环流的条件式及降低局部环流可能性的途径。通过模拟计算,确定了小湾水电站地下洞室群的自然通风一级网络结构及主排风洞的断面积,研究结果被实际工程采用,节约了大量的工程建设费用。揭示

论文目录:

1 概述

1.1 水电站地下洞室群热环境控制及其自然通风之谜

1.2 水电站地下洞室群自然通风的相关研究

1.3 课题的意义和研究内容

2 水电站地下洞室群空间的网络图化与分支阻抗U 值

2.1 网络图化的概念及网络图要素的属性界定

2.2 水电站地下洞室群空间的网络图化

2.3 大气环境空间的网络图化

2.4 网络分支阻抗U 值研究

3 水电站地下洞室群自然通风网络模型

3.1 网络流动模型

3.2 网络温度模型

3.3 网络热压模型

4 水电站地下洞室群围护结构传热计算方法

4.1 传热问题的数学描述

4.2 围护结构的不稳定传热传递矩阵

4.3 围护结构传热热力系统划分的频率特性分析法

4.4 基于边界扰量分解和热力系统划分的传热计算方法

4.5 Z 传递系数的计算方法

4.6 计算方法的检验

5 水电站地下洞室群自然通风网络模拟的数值方法与程序

5.1 网络模型的数值求解方法

5.2 网络模型与传热模型的耦合

5.3 水电站地下洞室群自然通风模拟方法

5.4 数值模拟程序

6 水电站地下洞室群自然通风形成机理与流向稳定性分析

6.1 水电站地下洞室群自然通风形成机理分析

6.2 水电站地下洞室群自然通风流向特性及判定条件关系式

6.3 小结

7 水电站地下洞室群自然通风设计理论与模拟分析方法

7.1 设计与模拟分析的条件

7.2 自然通风网络结构设计与主排风洞断面积确定

7.3 地下洞室群自然通风热环境状况分析

7.4 气象条件突变对地下洞室群自然通风的影响

7.5 发电机组运行台数变化对地下洞室群自然通风的影响

7.6 相似模型实验验证

7.7 水电站地下洞室群自然通风设计理论与基本方法

8 总结与展望

8.1 本文的主要工作

8.2 结论

8.3 本文的主要成果

8.4 展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读博士学位期间发表的论文目录

学术著作与教材

作者在攻读博士学位期间参加的科研项目

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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  • [2].大跨度高边墙地下洞室群围岩稳定性评价及支护方案的系统工程地质研究[D]. 巨能攀.成都理工大学2005
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