水電站地下洞室群自然通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、在國際上大力推廣自然通風(fēng)的同時，國內(nèi)因為安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻局面，禁止地下礦井采用自然通風(fēng)。我國正在大規(guī)模建設(shè)水電站，水電站地下洞室群能否采用自然通風(fēng)，是個急待回答的重要問題。為此，本文開展了系統(tǒng)的研究，建立了基于網(wǎng)絡(luò)模型的水電站地下洞室群自然通風(fēng)模擬分析方法，揭示了水電站地下洞室群自然通風(fēng)形成的機理和特性，論證了國家重點工程小灣水電站地下水電站自然通風(fēng)的可行性，提出了水電站地下洞室群中應(yīng)優(yōu)先采用自然通風(fēng)的新觀點。 本文首先提出了水電

2、站地下洞室群空間網(wǎng)絡(luò)圖化的概念和方法。界定了網(wǎng)絡(luò)圖要素的屬性；建立了網(wǎng)絡(luò)圖的級次概念；提出了網(wǎng)絡(luò)的級次組合分析方法；結(jié)合工程實例給出了水電站地下洞室群空間網(wǎng)絡(luò)圖化的基本方法；提出了邊緣節(jié)點的概念，從理論上證明了大氣虛擬分支的數(shù)目與連接方法。提出了網(wǎng)絡(luò)分支阻抗U值的概念及其模型實驗的理論和方法；采用相似模型實驗，獲得了小灣水電站地下洞室群關(guān)鍵位置的壓力分布狀態(tài)及關(guān)鍵分支的阻抗U值。 然后用網(wǎng)絡(luò)圖化的方法建立了水電站地下洞室群自然通

3、風(fēng)的網(wǎng)絡(luò)模型，包括網(wǎng)絡(luò)流動模型、網(wǎng)絡(luò)溫度模型和網(wǎng)絡(luò)熱壓模型。提出了分支熱壓的概念、分支溫度分布模型及分支熱壓的計算方法。提出了網(wǎng)絡(luò)溫度模型的概念，建立了通用的網(wǎng)絡(luò)溫度方程組，導(dǎo)出了方程組的系數(shù)矩陣表達(dá)式，并證明了方程式之間的相互獨立性，使網(wǎng)絡(luò)流動和網(wǎng)絡(luò)溫度狀況在拓?fù)鋵傩詫哟紊下?lián)系起來，成為建立通用的網(wǎng)絡(luò)模型和開發(fā)通用模擬程序的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 進(jìn)行了洞室內(nèi)部溫度擾量分解，首次提出了年溫度波動作用熱力系統(tǒng)和日溫度波動作用熱力系統(tǒng)的概念；

4、建立了確定各熱力系統(tǒng)遠(yuǎn)邊界的系統(tǒng)頻率特性分析方法；并將Z傳遞函數(shù)方法引入深埋地下洞室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定傳熱計算。提出了水電站地下洞室群自然通風(fēng)模擬的時間層次分解方法，構(gòu)建了模擬程序的框架，用Matlab語言開發(fā)了數(shù)值模擬計算程序。 從熱壓的形成機理分析入手，揭示了水電站地下洞室群自然通風(fēng)形成的機理。揭示了熱壓自然通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中存在的熱壓分布多態(tài)性現(xiàn)象及其原因，給出了水電站地下洞室群的兩種基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式中，各種自然通風(fēng)流向成立的條件式

5、；揭示了熱壓分布多態(tài)性與流向成立條件式之間的聯(lián)系，給出了并列母線洞或主變室之間出現(xiàn)局部環(huán)流的條件式及降低局部環(huán)流可能性的途徑。 通過模擬計算，確定了小灣水電站地下洞室群的自然通風(fēng)一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及主排風(fēng)洞的斷面積，研究結(jié)果被實際工程采用，節(jié)約了大量的工程建設(shè)費用。揭示了自然通風(fēng)狀況下洞室群內(nèi)的溫度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量以及自然通風(fēng)量的變化規(guī)律；指出自然通風(fēng)量隨室外氣溫的變化是溫度波動引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸放熱造成的；分析了自然通風(fēng)量的“自調(diào)節(jié)”