CN113723023A - 一种基于cfd的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法 - Google Patents

一种基于cfd的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,包括,对发电机层洞室进行三维建模,并建立CFD流场仿真模型;根据水电站地下厂房离线测试数据,进行厂房边界条件前处理设定,对厂房多个指标进行模拟计算;通过设立不同高度以及空间方位的截面,获取所述厂房多个指标在时空中的分布规律;进行夏季常用工况的通风效果分析,以确定不达标参数区域的位置范围。本发明对于地下厂房通风系统的优化能够提供有效的建议与反馈,保障生产生活的安全性。

Description

一种基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法
技术领域
本发明涉及水力发电的技术领域,尤其涉及一种基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法。
背景技术
随着水力发电技术的不断成熟,我国大型水电工程的施工水平及水轮机组的建造工艺均已居于世界前列,水电站通常设立在地下数十米处,通风性能不及地上建筑,伴随季节及天气的变化,厂房的温湿度状况波动较大,部分层级甚至会出现渗水、结露的现象,对设备的运行造成了很大隐患;此时,水电站地下厂房的通风系统作用尤为重要,其通风效果影响诸多涉及生产生活安全的指标因素,包括风速、温度、湿度、氧气浓度等等。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明解决的技术问题是:地下厂房的湿热环境问题。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:包括,对发电机层洞室进行三维建模,并建立CFD流场仿真模型;根据水电站地下厂房离线测试数据,进行厂房边界条件前处理设定,对厂房多个指标进行模拟计算;通过设立不同高度以及空间方位的截面,获取所述厂房多个指标在时空中的分布规律;进行夏季常用工况的通风效果分析,以确定不达标参数区域的位置范围。
作为本发明所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的一种优选方案,其中:所述厂房多个指标包括,风速、温度、湿度和氧气浓度。
作为本发明所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的一种优选方案,其中:所述三维建模包括,简化所述三维建模,以降低演算的复杂性;忽略厂房墙体壁厚,去除堆积的杂物和控制柜,对厂房几何特征中部分圆角部位进行简化,对门廊仅考虑其通风性能;在洞层上方安装有天车起重机设备,对气体在高空流动影响较小,视为空旷区域;忽略厂房立柱、照明设备、工作人员、机械部零件。
作为本发明所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的一种优选方案,其中:还包括,利用SolidWorks Flow Simulation插件中的网格划分板块对整体厂房模型遵循局部到整体的原则进行网格划分;分别对送风口、排风口以及厂房主体各壁面进行网格划分;综合考虑计算机的性能与计算精度,设置网格精密级别为6级;对于厂房中部分流场变化较大的区域,重点做网格加密处理,得到总网格518893个,流体网格数为341347个。
作为本发明所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的一种优选方案,其中:所述前处理设定包括,在Flow Simulation插件中对项目分析类型设定为内部流场分析;在物理特征处选定固体内热传导,发电机组外部保护壳材料设置为不锈钢302;在湿度场进行分析时需考虑重力场的作用,校对三维模型竖直方向上的加速度为-9.81m/s^2,其余方向加速度为0m/s^2;对于整体厂房壁面条件以壁面温度展开设定,忽略壁面粗糙度,墙壁温度稳定在17℃;1至12号测点送风口新建边界条件,设定类型为入口速度,并根据离线测试所得风速值对流动参数进行设置;同时根据测得的各送风口处的温度与相对湿度进行热动动力参数以及湿度参数的设定,各测点温度值也作为湿度参考温度;项目流体选择为氧气与空气,并根据现场实际测量的氧气质量分量进行物质浓度的设置,随不同测点送风口而改变氧气以及空气所占的质量分量。
作为本发明所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的一种优选方案,其中:进行迭代运算包括,以温度、相对湿度、速度和氧气质量分量为收敛目标;在进行迭代运算中,空间各方向的速度残差值稳定在10-3,氧气以及水分含量的残差值稳定在10-7的水平视为收敛条件达成。
作为本发明所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的一种优选方案,其中:所述模拟计算通过控制方程组进行,具体包括,连续性方程、动量方程、能量方程、组分输运方程和标准k-ε湍流模型。
作为本发明所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的一种优选方案,其中:所述分析包括,将工况迭代运算的结果进行后处理分析;建立纵切、横切截面,得到地下厂房风速矢量图、温度分布云图、湿度分布云图和氧气浓度变化云图;直观反馈地下厂房各指标的时空分布规律,从而判断当前工况下通风效果的优劣。
本发明的有益效果:本发明对于地下厂房通风系统的优化能够提供有效的建议与反馈,保障生产生活的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的发电机层三维模型示意图;
图2为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的厂房速度场流动轨线示意图;
图3为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的距地面1.7m处速度场分布云示意图;
图4为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的厂房纵向速度场分布云示意图;
图5为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的距地面1.7m处湿度场分布云示意图;
图6为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的厂房纵向湿度场分布云示意图;
图7为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的厂房纵湿度场分布示意图;
图8为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的距地面1.7m处温度场分布云示意图;
图9为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的厂房纵向温度场分布云示意图;
图10为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的距地面1.7m处氧气浓度场分布云示意图;
图11为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的厂房纵向氧气浓度场分布云示意图;
图12为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的发电机层通风口及测点分布示意图;
图13为本发明一个实施例所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的发电机层验证测点分布示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1~图11,为本发明的第一个实施例,提供了一种基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,包括:
S1:对发电机层洞室进行三维建模,并建立CFD流场仿真模型。
S2:根据水电站地下厂房离线测试数据,进行厂房边界条件前处理设定,对厂房多个指标进行模拟计算。
S3:通过设立不同高度以及空间方位的截面,获取厂房多个指标在时空中的分布规律。
S4:进行夏季常用工况的通风效果分析,以确定不达标参数区域的位置范围。
参照图1,发电机层的几何尺寸为长度93m、宽度17m、高度15m,7个送风口距地面高度2.8m,长度3.55m,宽度0.8m,对侧墙壁上18个送风口距地面1.7m,长度1.7m,宽度1m;以笛卡尔坐标系为全局坐标系,并规定厂房正西向为x轴正向,正南向为y轴正向,高度方向为z轴正向,利用SolidWorks对发电机层整体洞室进行三维模型的建立。
具体的,在模型建立的过程中需对模型进行一定程度的简化,以降低演算的复杂性,忽略厂房墙体壁厚,去除堆积的杂物和控制柜,对厂房几何特征中部分圆角部位进行简化,对门廊仅考虑其通风性能,在洞层上方安装有天车起重机设备,对气体在高空流动影响较小,视为空旷区域;忽略厂房立柱、照明设备、工作人员、机械部零件。
利用SolidWorks Flow Simulation插件中的网格划分板块对整体厂房模型遵循局部到整体的原则进行网格划分,分别对送风口、排风口以及厂房主体各壁面进行网格划分,综合考虑计算机的性能与计算精度,设置网格精密级别为6级,对于厂房中部分流场变化较大的区域,重点做网格加密处理,最终得到总网格518893个,其中流体网格数为341347个。
在Flow Simulation插件中对项目分析类型设定为内部流场分析,同时由于三组发电机组作为热源保持恒定温度60℃,在“物理特征”处选定“固体内热传导”,对于发电机组外部保护壳材料设置为“不锈钢302”;在湿度场进行分析时需考虑重力场的作用,校对三维模型竖直方向上的加速度为“-9.81m/s^2”,其余方向加速度为0m/s^2;对于整体厂房壁面条件以“壁面温度”展开设定,忽略壁面粗糙度,墙壁温度稳定在17℃。
进一步的,1至12号测点送风口新建边界条件,设定类型为“入口速度”,并根据离线测试所得风速值对“流动参数”进行设置,同时根据测得的各送风口处的温度与相对湿度进行热动动力参数以及湿度参数的设定,其中各测点温度值也作为湿度参考温度;由于发电机层与交通洞外界直接相连,故对于门廊排风通道,压力采取一个标准大气压的设定。
项目流体选择为氧气与空气,并根据现场实际测量的氧气质量分量进行“物质浓度”的设置,随不同测点送风口而改变氧气以及空气所占的质量分量。
设定温度、相对湿度、速度以及氧气质量分量为收敛目标,在进行迭代运算中,空间各方向的速度残差值稳定在10-3,氧气以及水分含量的残差值稳定在10-7的水平视为收敛条件达成。
对地下厂房发电机层进行数学模型选择时,需注意将空气视为常务性不可压缩流体,即将介质的导热系数、比热等参数随时间空间变化忽略不计,O2气体浓度变化采用组分输运方程计算。控制方程组包括连续性方程、动量方程、能量方程、组分输运方程、标准k-ε湍流模型。
连续性方程包括:
Figure BDA0003236467430000061
其中,t为单位时间,V为控制体体积,ρ为流体密度,S为控制面面积,n为微元面积矢量dS外法线的单位向量,U为微元表面dS上的流体速度。
动量方程包括:
在本模型建立的直角坐标系中可表示为:
Figure BDA0003236467430000062
其中,σij为微元面积矢量dS的应力张量Π的分量,i与j可取值为1,2,3,以表示三个空间坐标,在对氧气分子以及水分子的分析中,若将重力场的作用考虑进去,则可展开得到以下公式:
Figure BDA0003236467430000063
Figure BDA0003236467430000071
Figure BDA0003236467430000072
其中,Su=Fx+sx,Sv=Fy+sy,Sw=Fz+sz,Fx、Fy、Fz表示微元体在空间三个方向上的受力情况,前期设定模型竖直向上方向为Z轴正方向,在仅考虑重力作用下,那么Fx=0,Fy=0,Fz=-ρg,尤其对于速度场、湿度场、氧气浓度进行分析时,需要考虑重力因素的影响,i、j可取值为1、2、3以表示三个空间坐标。
能量方程包括:
Figure BDA0003236467430000073
其中,T为温度;k为流体的传热系数;ST为粘性耗散项。
组分运输方程包括:
涉及速度场、湿度场、氧气浓度需选择多组分输运方程,如下所示:
Figure BDA0003236467430000074
其中,cf为组分f的体积浓度;Df为组分f的扩散系数。
标准k-ε湍流模型包括:
在进行多指标分析中,将厂房所传递的送风及水蒸气视为不可压缩流体,选择标准k-ε湍流双方程模型:
Figure BDA0003236467430000075
Figure BDA0003236467430000076
其中,Cμ=0.09、C=1.44、C=1.92均为湍流常数,σk=1.0、σε=1.3均为湍流普朗特数,自定义源项Sk、Sε设置为0。
将该工况迭代运算的结果进行后处理分析,通过建立纵切、横切截面得到包括地下厂房风速矢量图、温度分布云图、湿度分布云图、氧气浓度变化云图,直观反馈地下厂房各指标的时空分布规律,从而判断当前工况下通风效果的优劣,为后期优化通风系统,改良送风速度提供有效的支持。
参照图2,所示为速度场在发电机层空间上的分布情况,相对比墙壁两侧的送风输出,交通洞右侧的9对送风口占据较大占比,风力输出以7至11号测点送风口为主,送风进入厂房空间后发生动量交换,由于卷吸效应随之与空间内原有空气一致运动,在厂房上部形成反向旋涡进而使得气流遍布整个发电机层厂房,在7、8、9号测点送风口的上方所形成的反向风速漩涡速度相比顶部其他区域较高,约为0.6-0.8m/s。
参照图3,为距地面1.7米处的风速分布云图,由于两侧送风口的送风在厂房中心区域进行交汇,1、2、3号机组间均存在有较强的风速流动,最大风速可达1.354m/s;在排风方面,靠近中控室一侧的廊道空气流通量较大,是厂房右侧重要排风通道,前期送风口所传递的送风呈收束状被排风口排出;而交通洞则承担了大部分厂房左侧的排风量,在不考虑外界自然通风的情况下,交通洞处平均风速为0.843m/s;根据横向截面分布云图,建议交通洞右侧4、5、6号测点送风口风速可适当提升,利于送风更好的填充厂房空间,使通风更加流畅。
参照图4,为厂房纵向空间内的速度场云图,由于风速漩涡的存在,风速多集中在厂房的底部与顶部,在发电机层顶部设置有天车起重机,根据漩涡的运动轨迹,顶部空间内的空气流通也可以得到保证。
较佳的,在对湿度场以及后续的温度场、氧气浓度的分析中,对厂房模型进行了截面的划分,考虑到地面人员流动与设备布置,设立距地面1.7m的横切面,在此高度处的各指标分布状况对于生产生活有重要意义;同时设立厂房中心线处的纵切截面,观察各项指标在竖直空间上的分布规律。
参照图5,所示为距地面1.7m处湿度场分布云图,根据仿真结果靠近主控室一侧湿度明显高于交通洞一侧,与通风效果有关,2、3号发电机组的周边区域相对湿度范围维持在61.98%—63.81%;由于发电机组自身高温,设定发电机为60℃热源,在发电机底部空间会出现湿度低于60%的区域;而主控室一侧平均相对湿度达到67.29%,在接近地面的其他高度截面平均湿度也达到67%,在夏季若是湿气长期积累容易造成零件锈蚀,造成这一现象的原因是3号测点处的两处送风口风速过低,仅为2号测点送风口的23%,故建议在厂房后期进行通风系统改造时对3号测点送风口直属管系进行完善,以提高3号测点两处送风口的风速,进而提升中控室一侧的通风效果,能够有效解决局部湿度偏高的问题,防止对生产生活造成影响。
参照图6,所示的纵向空间内较高湿度区域较为明显集中在中控室一侧,湿度范围高度约为2.2m,根据图7的湿度分布曲线图,在x轴方向上厂房湿度随距离的变化情况,在0至60米的范围内,由于高风速的除湿作用,相对湿度基本保持平稳,维持在63.5%—64.5%,随着距离的增加,送风除湿作用减弱,接近低风速送风口后,周边区域相对湿度上升明显。
参照图8,高风速送风口前端存在束状低温带,以7至11号测点送风口较为明显,平均温度为26.87℃,在厂房中心线处所布置的三组发电机组设定为60℃的恒定热源,引起周边温度环境稍高,但由于两侧送风口的对流作用,能量发生交换后,高温空气由交通洞等廊道排出;由于3号测点送风口的风速过低,2、3号机组间通风散热主要由其对侧9、10号测点送风口来实现,3号送风口为重点改造区域,应提高风速以增强对流作用;由图9可知,靠近中控室一侧区域于阴湿环境,在日常维护保养中需注意设备零件的腐蚀问题,进行及时的处理。
参照图10,在四进二出的运行工况下,由图11可知整体厂房氧气浓度变化波动不大,由于8号送风口风速相较其他送风口较高,故其氧气浓度处于较高水平,平均浓度为20.81%,氧气浓度分布情况受风速影响比较大,但总体水平较为稳定,平均氧气浓度在20.8%上下0.01%浮动,局部区域的浓度差异可以忽略不记;在发电机层顶部空间,靠近中控室一侧的氧气浓度略高于交通洞一侧浓度,但差值仅为0.02%,符合正常生产需求。
实施例2
参照图12和图13,为本发明的第二个实施例,该实施例不同于第一个实施例的是,提供了一种基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法的验证,具体包括:
由于当前乌江渡抽水蓄能电站尚未安装智能通风系统信息采集模块,无法获取在线监测数据,所以主厂房各测点数据由人工进行离线测量,具体使用仪器参数如下表所示:
表1:离线测试仪器表。
Figure BDA0003236467430000101
乌江渡抽水蓄能电站的主厂房发电机层与交通洞相连,该层空间相对比水轮机层、蜗壳层等洞室较大,地面与发电机盖板齐平,开阔平坦,空气的循环流程相对比其他层级较简单,通风情况相对于其他层情况较好。
参照图12,在进行离线测试的过程中,在该层盘柜侧的7处送风口布置3处测点,分别至于第2、4、6处送风口,另在其对侧9对送风口处分别设立测点,利用相关设备测量风速、温湿度、氧气浓度等参数,主厂房发电机层通风口及测点布置情况。
1、2、3号测点的测试数据具备一定代表性,在后期进行CFD仿真分析时,各测点右侧送风口的各指标数据在可接受误差范围内保持与左侧测点相同;夏季为地下厂房潮湿闷热状况的高发季节,数据测量时间为7月,是贵州地区的高温月份;乌江渡水电站地下厂房通风系统设置有四台送风机以及两台引风机,选取夏季厂房常用的四台送风机两台引风机同时运行的工况进行测量,离线实测数据如下表所示:
表2:各测点测量数据。
Figure BDA0003236467430000102
Figure BDA0003236467430000111
表3:各测点测量数据。
Figure BDA0003236467430000112
设立距地面1.7m处的验证测点进行仿真结果准确性的验证,通过离线数据采集温度以及相对湿度,对比实测值与模拟值,判断仿真结果的可靠性。
参照图13,1至12号验证测点均匀分布在厂房的左侧、右侧以及三个发电机组中间的通道,均为空气流通的重要路径,其所对应的温湿度模拟值与现场实测值的数据如下表所示:
表4:各测点测量数据。
Figure BDA0003236467430000113
Figure BDA0003236467430000121
参照表4,,实测温度与模拟温度最大误差为0.76℃,主要由于7号测点布置有控制柜,对空气流动造成一定的阻挡作用;而相对湿度的最大误差为3.62%,9号测点处由于人员自身散湿及邻近送风口的空气带湿所导致误差,故仿真分析结果在误差允许范围内具备可靠性和合理性。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:包括,
对发电机层洞室进行三维建模,并建立CFD流场仿真模型;
根据水电站地下厂房离线测试数据,进行厂房边界条件前处理设定,对厂房多个指标进行模拟计算;
通过设立不同高度以及空间方位的截面,获取所述厂房多个指标在时空中的分布规律;
进行夏季常用工况的通风效果分析,以确定不达标参数区域的位置范围。
2.根据权利要求1所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:所述厂房多个指标包括,风速、温度、湿度和氧气浓度。
3.根据权利要求1或2所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:所述三维建模包括,
简化所述三维建模,以降低演算的复杂性;
忽略厂房墙体壁厚,去除堆积的杂物和控制柜,对厂房几何特征中部分圆角部位进行简化,对门廊仅考虑其通风性能;
在洞层上方安装有天车起重机设备,对气体在高空流动影响较小,视为空旷区域;
忽略厂房立柱、照明设备、工作人员、机械部零件。
4.根据权利要求3所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:还包括,
利用SolidWorks Flow Simulation插件中的网格划分板块对整体厂房模型遵循局部到整体的原则进行网格划分;
分别对送风口、排风口以及厂房主体各壁面进行网格划分;
综合考虑计算机的性能与计算精度,设置网格精密级别为6级;
对于厂房中部分流场变化较大的区域,重点做网格加密处理,得到总网格518893个,流体网格数为341347个。
5.根据权利要求4所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:所述前处理设定包括,
在Flow Simulation插件中对项目分析类型设定为内部流场分析;
在物理特征处选定固体内热传导,发电机组外部保护壳材料设置为不锈钢302;
在湿度场进行分析时需考虑重力场的作用,校对三维模型竖直方向上的加速度为-9.81m/s^2,其余方向加速度为0m/s^2;
对于整体厂房壁面条件以壁面温度展开设定,忽略壁面粗糙度,墙壁温度稳定在17℃;
1至12号测点送风口新建边界条件,设定类型为入口速度,并根据离线测试所得风速值对流动参数进行设置;
同时根据测得的各送风口处的温度与相对湿度进行热动动力参数以及湿度参数的设定,各测点温度值也作为湿度参考温度;
项目流体选择为氧气与空气,并根据现场实际测量的氧气质量分量进行物质浓度的设置,随不同测点送风口而改变氧气以及空气所占的质量分量。
6.根据权利要求5所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:进行迭代运算包括,
以温度、相对湿度、速度和氧气质量分量为收敛目标;
在进行迭代运算中,空间各方向的速度残差值稳定在10-3,氧气以及水分含量的残差值稳定在10-7的水平视为收敛条件达成。
7.根据权利要求6所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:所述模拟计算通过控制方程组进行,具体包括,连续性方程、动量方程、能量方程、组分输运方程和标准k-ε湍流模型。
8.根据权利要求6所述的基于CFD的水电站地下厂房通风效果模拟分析方法,其特征在于:所述分析包括,
将工况迭代运算的结果进行后处理分析;
建立纵切、横切截面,得到地下厂房风速矢量图、温度分布云图、湿度分布云图和氧气浓度变化云图;
直观反馈地下厂房各指标的时空分布规律,从而判断当前工况下通风效果的优劣。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115840983A (zh) * 2023-02-16 2023-03-24 天津大学 基于信息识别的水电工程地下厂房智能建模方法和装置
CN115879302A (zh) * 2022-12-08 2023-03-31 浙江新创规划建筑设计有限公司 一种地下车库空气质量优化方法及系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5347466A (en) * 1991-07-15 1994-09-13 The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Method and apparatus for power plant simulation and optimization
KR20080038741A (ko) * 2006-10-31 2008-05-07 주식회사 경원테크 아파트 단지 내 개별 세대의 자연 환기 성능 예측 방법
WO2013167942A2 (fr) * 2012-05-11 2013-11-14 Hygie-Tech Sa Procédé et système informatisé de modélisation des flux aérauliques notamment pour l'évaluation quantitative du risque de contamination aéroportée
CN106777823A (zh) * 2017-01-25 2017-05-31 天津大学 基于通风数值模拟的地下洞室群施工进度仿真优化方法
CN109359349A (zh) * 2018-09-26 2019-02-19 山东电力工程咨询院有限公司 电厂汽轮机厂房通风模块化模拟计算方法及系统
CN111985168A (zh) * 2020-08-24 2020-11-24 河海大学 一种研究抽水蓄能电站地下厂房排风系统排风效果的方法
CN112115531A (zh) * 2020-08-28 2020-12-22 中国人民解放军63921部队 一种室内污染物泄漏的可视化仿真分析方法
CN112199907A (zh) * 2020-10-15 2021-01-08 乌江渡发电厂 一种基于cfd的水电站地下厂房多指标通风效果的分析方法
CN112231812A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 乌江渡发电厂 一种水电站地下厂房的通风智能控制方法及系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5347466A (en) * 1991-07-15 1994-09-13 The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Method and apparatus for power plant simulation and optimization
KR20080038741A (ko) * 2006-10-31 2008-05-07 주식회사 경원테크 아파트 단지 내 개별 세대의 자연 환기 성능 예측 방법
WO2013167942A2 (fr) * 2012-05-11 2013-11-14 Hygie-Tech Sa Procédé et système informatisé de modélisation des flux aérauliques notamment pour l'évaluation quantitative du risque de contamination aéroportée
CN106777823A (zh) * 2017-01-25 2017-05-31 天津大学 基于通风数值模拟的地下洞室群施工进度仿真优化方法
CN109359349A (zh) * 2018-09-26 2019-02-19 山东电力工程咨询院有限公司 电厂汽轮机厂房通风模块化模拟计算方法及系统
CN111985168A (zh) * 2020-08-24 2020-11-24 河海大学 一种研究抽水蓄能电站地下厂房排风系统排风效果的方法
CN112115531A (zh) * 2020-08-28 2020-12-22 中国人民解放军63921部队 一种室内污染物泄漏的可视化仿真分析方法
CN112199907A (zh) * 2020-10-15 2021-01-08 乌江渡发电厂 一种基于cfd的水电站地下厂房多指标通风效果的分析方法
CN112231812A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 乌江渡发电厂 一种水电站地下厂房的通风智能控制方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
沙保卫;许德胜;: "抽水蓄能电站地下厂房通风方案优化", 中国科技信息, no. 1, pages 36 - 39 *
王沛;王坤坤;许昌;刘德有;周领;: "抽水蓄能电站高大地下厂房气流试验与数值模拟", 水利水电科技进展, no. 01, pages 75 - 89 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115879302A (zh) * 2022-12-08 2023-03-31 浙江新创规划建筑设计有限公司 一种地下车库空气质量优化方法及系统
CN115840983A (zh) * 2023-02-16 2023-03-24 天津大学 基于信息识别的水电工程地下厂房智能建模方法和装置
CN115840983B (zh) * 2023-02-16 2023-08-11 天津大学 基于信息识别的水电工程地下厂房智能建模方法和装置

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