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，廠房內容易出現(xiàn)悶熱、潮濕、空氣品質差等現(xiàn)象。因此合理的氣流組織對保障地下水電站的生存環(huán)境和運行安全至關重要。
　　根據(jù)國內外已經(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、能夠保證洞室間關聯(lián)性、結果更加直

2、觀等優(yōu)點，在地下水電站廠房氣流組織研究領域得到日益廣泛的應用。值得注意的是，受基礎理論與計算手段的限制，地下水電站廠房氣流組織CFD數(shù)值中關于計算精度、網(wǎng)格結構、熱源模型建立和湍流模型的參數(shù)設置等方面，存在著一些迫切需要解決的技術問題，值得進一步研究。本文是國家自然科學基金資助面上項目（51178482）“深埋地下水電站熱濕環(huán)境形成機理與節(jié)能調控”的研究內容之一。
　　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)學物理模型建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件設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)則的圍護結構簡化設置為規(guī)則的幾何結構模型，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，結果發(fā)現(xiàn)：在兩種結構模型中，模擬得到的廠房內部溫度場、速度場分布規(guī)律基本相同，兩者誤差在5％以內；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構物理模型可以按照等體積法將主廠房中上部非規(guī)則圍護結構簡

5、化設置為規(guī)則幾何結構模型。
　　②將發(fā)熱設備分別設置為發(fā)熱均勻的體熱源與面熱源，并對兩種熱源設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，結果發(fā)現(xiàn)：在兩種熱源設置條件下，模擬得到的廠房內部溫度場、速度場分布規(guī)律基本相同，其誤差均在5%以內。從而說明，為了便于收斂、邊界條件設置和網(wǎng)格劃分，發(fā)熱設備可以設置為發(fā)熱均勻的面熱源。
　?、蹖⒄彰髟O備設置為屋頂面發(fā)熱均勻的面熱源的模型與按照照明設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。為了使模型更容易收斂，宜將照明設備設置為屋頂面發(fā)熱均勻的面熱源。
　?、芊謩e采用非結構網(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，當混合網(wǎng)格的網(wǎng)格單元數(shù)量為120000個和非結構網(wǎng)格的網(wǎng)格單元數(shù)量為200000個時，兩者的模擬結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)熱設備的換熱方式是否應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)熱設備的輻射換熱不能夠被忽略，發(fā)熱設備換熱方式應該是由對流換熱和輻射換熱兩種方式組成復合換熱才更加合理。
　?、尥ㄟ^對地下水電站的送風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口的湍動能值和耗散率值將會產(chǎn)生誤差。將送風管道對比模擬的結果