JP2006250689A - Cable conductor temperature estimation method considering movement of air in cable tunnel, cable conductor temperature estimation system, and cable conductor temperature estimation program - Google Patents

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俊哉 加納
貴志 斉藤
友直 石川
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Tokyo Electric Power Co Inc:The
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system which can estimate a change in the conductor temperature of a power cable laid in an underground cable tunnel by considering the movement of air in the cable tunnel. <P>SOLUTION: A plurality of analysis planes A to D crossing the cable tunnel 1 in which a cable 4 is laid are set. While performing processing for delivering air temperature from the upstream side to the downstream side between the analysis planes A to D accompanied by the movement of the air in the cable tunnel, the finite element method on the basis of heat conduction equations is applied to the analysis planes A to D to perform temperature analysis. A change in the cable conductor temperature is thereby simulated by taking into account a cooling effect through the movement of the air in the cable tunnel. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、地中に配設される電力ケーブルの導体温度、特にケーブルを配設した洞道内における空気流の移動を考慮してケーブル導体温度を有限要素法により推定する方法及びシステム、並びにその方法やシステムをコンピュータを用いて実現させるプログラムに関し、有限要素法を用いた温度解析技術の分野に属する。   The present invention relates to a method and a system for estimating the conductor temperature of a power cable arranged in the ground, particularly the cable conductor temperature by a finite element method in consideration of the movement of the air flow in the cave where the cable is arranged, and its The present invention relates to a program for realizing a method or system using a computer, and belongs to the field of temperature analysis technology using a finite element method.
地中に配設される電力ケーブルには許容導体温度が設定されており、目標とする電流を通電したときに、導体温度がこの許容温度を超えないように、ケーブルの種類やサイズ等の仕様或いはケーブル管路の構成等を設計する必要があり、その目安として、日本電線工業会より電力ケーブル許容電流計算マニュアル(JCS168号E)が提供されている。   Allowable conductor temperature is set for the power cable installed in the ground, and specifications such as the type and size of the cable are set so that the conductor temperature does not exceed this allowable temperature when the target current is applied. Alternatively, it is necessary to design the configuration of the cable conduit and the like. As a guideline, a power cable allowable current calculation manual (JCS168 E) is provided by the Japan Electric Wire Manufacturers Association.
しかし、このマニュアルでは、管路の周囲の土壌の熱容量や熱伝導率等の熱定数が安全サイドに設定された固定値とされており、そのため、導体温度の計算値が実際より高い値となって、徒に通電電流を制限したり、必要以上にケーブルをサイズアップするなどの無駄を生じていた。   However, in this manual, the thermal constants such as the heat capacity and thermal conductivity of the soil around the pipeline are fixed values set on the safe side, so the calculated value of the conductor temperature is higher than the actual value. As a result, wasteful currents such as limiting the energizing current and increasing the size of the cable more than necessary were generated.
このような問題に対し、近年、電力ケーブルの効率的運用等を目的として、導体温度のより高精度な推定が試みられており、その一環として、ケーブル管路に隣接して埋設された空管路内の温度と、これらの管路の周辺の土壌温度及び土壌熱定数とを測定し、これらの実測データを電力ケーブル許容電流計算マニュアルに代入してケーブル導体温度を算出するようにした発明が提案されている(特許文献1参照)。   In recent years, with the aim of efficient operation of power cables, etc., attempts have been made to estimate conductor temperatures with higher accuracy. As part of this, empty pipes buried adjacent to cable conduits have been tried. An invention that measures the temperature in the road and the soil temperature and soil thermal constant around these pipes and calculates the cable conductor temperature by substituting these measured data into the power cable allowable current calculation manual. It has been proposed (see Patent Document 1).
この発明によれば、電力ケーブルを設置した管路周辺の土壌の温度や熱定数として従来より実際に近い値が採用されることになり、ケーブル導体温度がより精度よく推定されることになる。   According to the present invention, values closer to the actual values than before are adopted as the temperature and thermal constant of the soil around the pipeline where the power cable is installed, and the cable conductor temperature is estimated more accurately.
また、空管路内の温度や管路周辺における土壌の温度や熱定数等の実測に変え、通電電流による発熱量を算出すると共に、その発熱量と予め設定したケーブル管路やその周辺の土壌の熱定数等に基づいて、特定地点におけるケーブル導体温度を有限要素法を用いてシミュレーションすることが試みられており、その例として、本件出願人が先に特許出願した発明がある(特許文献2参照)。   In addition, instead of actually measuring the temperature in the empty pipe line, the temperature of the soil around the pipe line, the thermal constant, etc., the calorific value of the energized current is calculated, and the calorific value and the preset cable pipe line and the surrounding soil An attempt has been made to simulate the cable conductor temperature at a specific point using a finite element method based on the thermal constant of the above, and there is an invention previously filed by the present applicant as an example (Patent Document 2). reference).
この発明によれば、土壌温度等の実測を要することなく、ケーブル敷設計画の段階で、ケーブル導体温度をその経時変化を含めてシミュレーションすることが可能となるが、特に、この特許文献2の発明では、当該地点における気象データを利用して地表面における熱収支量を算出し、これを有限要素解析のためのデータとして用いることにより、ケーブル導体温度の経時変化を、1日の間の時間による変化や1年の間の季節による変化等を含めて、一層精度よくシミュレーションすることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to simulate the cable conductor temperature including the change over time at the stage of the cable layout design without requiring actual measurement of the soil temperature or the like. Then, by calculating the heat balance on the ground surface using the meteorological data at the point, and using this as the data for the finite element analysis, the change over time in the cable conductor temperature depends on the time during the day. It is possible to perform more accurate simulation including changes and seasonal changes during one year.
さらに、本件出願人は、前記特許文献2の発明のバージョンアップとして、ケーブルに冷却水管路を並設した場合の冷却効果を加味してケーブル導体温度をシミュレーションする発明を提案したところである(特願2004−218894)。   Furthermore, the present applicant has proposed an invention for simulating the cable conductor temperature in consideration of the cooling effect in the case where the cooling water pipes are juxtaposed on the cable as a version upgrade of the invention of Patent Document 2 (Japanese Patent Application). 2004-218894).
特開2001−165781号公報JP 2001-165781 A 特開2004−112964号公報JP 2004-112964 A
ところで、前記の背景技術として開示したものは、いずれも電力ケーブルを収納した管路を地中に直接埋設した場合を想定したものであるが、実際には、周辺の環境等を考慮して一部区間に、或いは電力供給経路の全区間にわたって地中に洞道を設け、この中に電力ケーブル(及び冷却水管路)を配設することがある。この場合、洞道内には自然に或いは強制換気により空気の流れが生じ、これが電力ケーブルに対する冷却作用を果たすことになる。したがって、このように一部区間或いは全区間において電力ケーブルを洞道内に配設する場合には、導体温度のシミュレーションに際しては洞道内空気の移動による冷却効果を考慮しなければならないことになる。   By the way, all of those disclosed as the background art are assumed to be a case where a pipeline containing a power cable is directly buried in the ground. A cave may be provided in the ground in a partial section or over the entire section of the power supply path, and a power cable (and a cooling water pipe) may be provided therein. In this case, an air flow is naturally generated in the sinus or by forced ventilation, and this serves to cool the power cable. Therefore, in the case where the power cable is arranged in the cave in some or all of the sections as described above, the cooling effect due to the movement of the air in the cave must be taken into consideration when the conductor temperature is simulated.
そこで、本発明は、電力ケーブルを地中の洞道内に配設した場合の洞道内空気の移動による冷却効果を考慮して導体温度の変化をシミュレーション可能な方法及びシステム、並びにこれをコンピュータを用いて実現するためのプログラムを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention provides a method and system capable of simulating a change in conductor temperature in consideration of the cooling effect due to the movement of air in the cave when the power cable is arranged in the underground cave, and uses this with a computer. It is an object to provide a program for realizing this.
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
まず、本願の請求項1に記載の発明は、地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を有限要素法を用いて推定する方法に関するものであって、導体温度に影響するパラメータとして、前記ケーブルの通電電流に対応する発熱量と、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数と、洞道内における空気の移動を考慮して算出した洞道内空気温度とを用い、前記ケーブルの導体温度を計算することを特徴とする。   First, the invention according to claim 1 of the present application relates to a method for estimating the conductor temperature of a power cable laid in a ground tunnel using a finite element method, and the parameter affects the conductor temperature. Using the calorific value corresponding to the energization current of the cable, the thermal constant of the cable, the air in the cave and the surrounding components of the cave, and the air temperature in the cave calculated in consideration of the movement of the air in the cave, It is characterized by calculating the conductor temperature of the cable.
ここで、洞道周辺構成要素としては、地中に洞道を形成するための洞道壁や、その周辺の土壌等がある。   Here, as the components around the cave, there are a cave wall for forming a cave in the ground, soil around the cave, and the like.
また、請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の方法において、導体温度に影響するパラメータとして、さらに、洞道内に配設された管路内における冷却水の移動を考慮して算出した冷却水温度を用いることを特徴とする。   Further, the invention according to claim 2 is the method according to claim 1, further considering the movement of the cooling water in the pipe line disposed in the sinus as a parameter affecting the conductor temperature. The calculated cooling water temperature is used.
さらに、請求項3に記載の発明は、前記請求項1又は請求項2に記載の方法において、導体温度に影響するパラメータとして、さらに、解析対象地域の気象データから算出される地表面における熱収支量を用いることを特徴とする。   Furthermore, the invention according to claim 3 is the method according to claim 1 or 2, wherein the heat balance on the ground surface calculated from the meteorological data in the analysis target area is further used as a parameter affecting the conductor temperature. It is characterized by using a quantity.
一方、請求項4に記載の発明は、地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するシステムに関するものであって、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録した熱定数記録手段と、洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段と、洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段と、前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段と、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段と、前記洞道構成設定手段で設定された洞道及びケーブルの構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段と、前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段と、前記発熱量算出手段及び空気温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量及び洞道内空気温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段と、前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段とを有することを特徴とする。   On the other hand, in the invention according to claim 4, the conductor temperature of the power cable laid in the underground cave is used as an analysis plane, and the finite element method is applied to a predetermined region of the analysis plane. The thermal constant recording means for recording the thermal constants of the cable, the air in the cave and the components around the cave, and the cave configuration setting means for setting the cave and the inside and outside of the cave. An energizing current setting means for setting an energizing current to the cable, an air data setting means for setting data relating to air movement in the tunnel, and a heating value of the cable based on the energizing current set by the energizing current setting means A calorific value calculating means for calculating the air temperature, an air temperature calculating means for calculating the air temperature in the cave based on data relating to the movement of air set by the air data setting means, and the cave configuration setting means Based on the set of the cave and the cable set, the model creation means for creating the analysis model by dividing the predetermined analysis area of the analysis surface crossing the cave by finite element is recorded in the thermal constant recording means Matrix creation means for creating a heat capacity matrix and a heat conduction matrix for each node in the analysis region using thermal constants, and the heating value of the cable and the inside of the tunnel calculated by the heating value calculation means and the air temperature calculation means, respectively. Using a vector creation means for creating a thermal load vector for each node in the analysis region based on the air temperature, a heat capacity matrix created by the matrix creation means and the vector creation means, a heat conduction matrix and a thermal load vector, Node temperature calculation means for calculating each node temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state And wherein the door.
ここで、洞道周辺構成要素としては、地中に洞道を形成するための洞道壁や、その周辺の土壌等がある。そして、前記熱定数記録手段は、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の比熱容量や熱伝導率(熱抵抗)等を記録するようになっている。   Here, as the components around the cave, there are a cave wall for forming a cave in the ground, soil around the cave, and the like. The thermal constant recording means records the specific heat capacity, thermal conductivity (thermal resistance), and the like of the cable, the air in the cave, and the surrounding components of the cave.
また、洞道構成設定手段は、地中における洞道の位置及びその断面形状や、洞道内に配設されたケーブルの本数、直径、配設位置、さらに洞道周囲の洞道壁やその外側の土層の構成等を設定するようになっており、通電電流設定手段は、各ケーブルへの通電電流やその経時変化等を設定するようになっており、さらに、空気データ設定手段は、換気起動時や停止時における洞道内の風速や、換気スケジュール等を設定するようになっている。   Also, the cave configuration setting means includes a cave position in the ground and its cross-sectional shape, the number of cables arranged in the cave, the diameter, the installation position, the cave wall around the cave and the outside of the cave wall. The configuration of the soil layer, etc. is set, the energizing current setting means sets the energizing current to each cable and its change over time, and the air data setting means is the ventilation The wind speed in the cave at the time of starting and stopping, the ventilation schedule, etc. are set.
そして、請求項5に記載の発明は、前記請求項4に記載のシステムにおいて、洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段が設けられていると共に、前記空気温度算出手段は、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出し、かつ、節点温度算出手段は、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the system according to the fourth aspect, an analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the sinus is provided. The air temperature calculation means sets the air temperature in the cave to a predetermined temperature on the most upstream analysis surface with respect to the movement of air in the section, and for each analysis surface downstream from the analysis surface, The air temperature in the sinus on the downstream analysis surface is sequentially calculated based on the change in the air temperature in the sinus on the side analysis surface, and the node temperature calculation means is the air temperature calculation means for the nodes in contact with the air in the sinus Using the calculated sinusoidal air temperature, each node temperature in the analysis region is calculated for each analysis surface.
また、請求項6に記載の発明は、地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するシステム、特に前記洞道内に冷却水管路が設けられている場合に適用されるシステムに関するものであって、ケーブル、洞道内空気、冷却水管路、該管路内の冷却水及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録した熱定数記録手段と、洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段と、洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段と、冷却水管路内における冷却水の移動に関するデータを設定する冷却水データ設定手段と、前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段と、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段と、前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動に関するデータに基づいて冷却水温度を算出する冷却水温度算出手段と、前記洞道構成設定手段で設定された洞道、ケーブル及び冷却水管路の構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段と、前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段と、前記発熱量算出手段、空気温度算出手段及び冷却水温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量、洞道内空気温度及び冷却水温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段と、前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段とを有することを特徴とする。   In the invention described in claim 6, the conductor temperature of the power cable laid in the underground cave is used as an analysis plane, and the finite element method is applied to a predetermined region of the analysis plane. In particular, the present invention relates to a system applied when a cooling water pipe is provided in the cave, and includes a cable, air in the cave, cooling water pipe, cooling water in the pipe, and the cave A thermal constant recording means for recording the thermal constants of the components around the road, a cave configuration setting means for setting the cave and its internal and external configurations, a conduction current setting means for setting a conduction current to the cable, and the inside of the cave Based on the air data setting means for setting data relating to the movement of air, the cooling water data setting means for setting data relating to the movement of cooling water in the cooling water pipe, and the energization current set by the energization current setting means. A calorific value calculating means for calculating the calorific value of the cable; an air temperature calculating means for calculating the air temperature in the cave based on data relating to air movement set by the air data setting means; and the cooling water data setting means. Based on the cooling water temperature calculating means for calculating the cooling water temperature based on the set data relating to the movement of the cooling water, and based on the configurations of the cave, the cable and the cooling water pipeline set by the cave configuration setting means, Model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis area of the analysis surface crossing the road into finite elements, and each node in the analysis area using the thermal constant recorded in the thermal constant recording means Calculated by a matrix creation means for creating a heat capacity matrix and a heat conduction matrix, and the calorific value calculation means, air temperature calculation means, and cooling water temperature calculation means, respectively. A vector generating means for generating a thermal load vector for each node in the analysis region based on the calorific value of the cable, the air temperature in the cave and the cooling water temperature, and a heat capacity matrix generated by the matrix generating means and the vector generating means And a node temperature calculating means for calculating each node temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state using a heat conduction matrix and a thermal load vector.
ここで、洞道構成設定手段は、地中における洞道の位置及びその断面形状や、洞道内に配設されたケーブル及び冷却水管路の本数、直径、配設位置、さらに洞道周囲の洞道壁やその外側の土層の構成等を記録するようになっており、また、冷却データ設定手段は、冷却水供給時の流速又は流量、冷却起動、停止条件等を設定するようになっている。なお、通電電流設定手段及び空気データ設定手段については、前記請求項4に記載の発明と同様である。   Here, the cave configuration setting means includes the position of the cave in the ground and its cross-sectional shape, the number of cables and cooling water pipes arranged in the cave, the diameter, the installation position, and the cave around the cave. The configuration of the road wall and the outer soil layer, etc. is recorded, and the cooling data setting means sets the flow velocity or flow rate at the time of cooling water supply, cooling start, stop conditions, etc. Yes. The energization current setting means and the air data setting means are the same as in the invention described in claim 4.
そして、請求項7に記載の発明は、前記請求項6に記載のシステムにおいて、冷却水管路が設けられた洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段が設けられていると共に、前記空気温度算出手段は、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出し、前記冷却水温度算出手段は、冷却水入口近傍の解析面における管路断面では冷却水温度を所定の入口温度に設定し、各解析面に位置する他の管路断面については、その上流側断面における冷却水温度の変化に基づいて順次下流側の断面における冷却水温度を算出し、かつ、節点温度算出手段は、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、冷却水管路内面の節点については前記冷却水温度算出手段で算出された冷却水温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算することを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the analysis surface setting in the system according to claim 6, wherein a plurality of analysis surfaces for finite element analysis are set in a predetermined section of the sinus where the cooling water pipe is provided. And the air temperature calculation means sets the air temperature in the cave to a predetermined temperature on the analysis surface most upstream with respect to the movement of air in the section, and is located downstream of the analysis surface. For each analysis surface, the air temperature in the sinus in the downstream analysis surface is sequentially calculated based on the change in the air temperature in the sinus on the upstream analysis surface, and the cooling water temperature calculating means is provided on the analysis surface near the cooling water inlet. In the pipe cross section, the cooling water temperature is set to a predetermined inlet temperature, and other pipe cross sections located on each analysis plane are sequentially cooled in the downstream cross section based on the change in the cooling water temperature in the upstream cross section. water And the node temperature calculation means uses the air temperature in the cave calculated by the air temperature calculation means for the nodes in contact with the air in the cave and uses the cooling water for the nodes on the inner surface of the cooling water pipe. Each node temperature in the analysis region is calculated for each analysis surface by using the cooling water temperature calculated by the temperature calculation means.
そして、請求項8に記載の発明は、前記請求項4から請求項7のいずれかに記載のシステムにおいて、各地域各時期の気象データを記録した気象データ記録手段と、指定された解析対象地域及び時期の気象データを前記気象データ記録手段から読み出し、その気象データに基づいて地表面の熱収支量を算出する熱収支量算出手段とが備えられ、ベクトル作成手段は、前記熱収支量算出手段で算出された地表面の熱収支量を用いて熱荷重ベクトルを作成することを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the system according to any one of claims 4 to 7, wherein the meteorological data recording means for recording the meteorological data for each period in each region, and the designated analysis target area And a heat balance amount calculation means for calculating a heat balance amount of the ground surface based on the meteorological data and reading out the weather data of the time period from the weather data recording means, and the vector creation means includes the heat balance amount calculation means The thermal load vector is generated using the heat balance amount of the ground surface calculated in (1).
また、請求項9に記載の発明は、地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するプログラムに関するものであって、コンピュータを、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録する熱定数記録手段、洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段、ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段、洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段、前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段、前記洞道構成設定手段で設定された洞道及びケーブルの構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段、前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析対象領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段、前記発熱量算出手段及び空気温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量及び洞道内空気温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段、並びに、前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段として機能させることを特徴とする。   The invention described in claim 9 applies the finite element method to a predetermined region of the analysis surface, with the conductor temperature of the power cable laid in the underground cave as the analysis surface as a cross section crossing the cave. A thermal constant recording means for recording the thermal constants of cables, air in the cave and components around the cave, and cave configuration setting for setting the cave and its inside and outside Means, an energizing current setting means for setting an energizing current to the cable, an air data setting means for setting data relating to air movement in the sinus, and a heating value of the cable based on the energizing current set by the energizing current setting means. Calorific value calculation means for calculating; air temperature calculation means for calculating air temperature in a cave based on data relating to air movement set by the air data setting means; Recorded on the thermal constant recording means, model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis region of the analysis surface crossing the sinus finite element based on the configuration of the sinus and cable set by the means A heat generating matrix and a heat conduction matrix for each node in the region to be analyzed using a thermal constant, a heat generating amount of a cable and a sinusoid calculated by the heat generating amount calculating unit and the air temperature calculating unit, respectively. A vector creation means for creating a thermal load vector for each node in the analysis region based on the air temperature in the road, and a heat capacity matrix, a heat conduction matrix and a thermal load vector created by the matrix creation means and the vector creation means. The nodal temperature calculator is used to calculate each nodal temperature in the analysis area at predetermined time intervals from a predetermined initial state. It characterized in that to function as a.
そして、請求項10に記載の発明は、前記請求項9に記載のプログラムにおいて、コンピュータを、洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段として機能させると共に、前記空気温度算出手段として機能させるときは、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出するように機能させ、かつ、節点温度算出手段として機能させるときは、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算するように機能させることを特徴とする。   The invention according to claim 10 causes the computer to function as an analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the sinus in the program according to claim 9. At the same time, when functioning as the air temperature calculation means, the air temperature in the cave is set to a predetermined temperature on the analysis surface most upstream with respect to the movement of air in the section, and each analysis downstream of the analysis surface is set. For the surface, when functioning to calculate the air temperature in the sinus on the downstream analysis surface sequentially based on the change in the air temperature in the sinus on the upstream analysis surface and when functioning as a nodal temperature calculation means, For the nodes in contact with the air at the point, the node temperature in the analysis region is calculated for each analysis surface using the air temperature in the sinus calculated by the air temperature calculation means. It characterized in that to function in.
また、請求項11に記載の発明は、地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するプログラム、特に前記洞道内に冷却水管路が設けられている場合に用いられるプログラムに関するものであって、コンピュータを、ケーブル、洞道内空気、冷却水管路、該管路内の冷却水及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録した熱定数記録手段、洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段、洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段、冷却水管路内における冷却水の移動に関するデータを設定する冷却水データ設定手段、前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段、前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動に関するデータに基づいて冷却水温度を算出する冷却水温度算出手段、前記洞道構成設定手段で設定された洞道、ケーブル及び冷却水管路の構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段、前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析対象領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段、前記発熱量算出手段、空気温度算出手段及び冷却水温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量、洞道内空気温度及び冷却水温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段、並びに、前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段として機能させることを特徴とする。   In the invention described in claim 11, the conductor temperature of the power cable laid in the underground cave is used as an analysis plane, and the finite element method is applied to a predetermined region of the analysis plane. And in particular, a program used when a cooling water pipe is provided in the cave, the computer comprising a cable, air in the cave, cooling water pipe, and cooling water in the pipe And thermal constant recording means for recording the thermal constants of the components around the cave, a cave configuration setting means for setting the cave and its internal and external configurations, a conduction current setting means for setting a conduction current to the cable, and the inside of the cave Air data setting means for setting data relating to the movement of air, cooling water data setting means for setting data relating to the movement of cooling water in the cooling water pipe, and the communication data set by the energization current setting means. A calorific value calculating means for calculating the calorific value of the cable based on the current, an air temperature calculating means for calculating the air temperature in the cave based on the data relating to the air movement set by the air data setting means, and the cooling water data setting Based on the cooling water temperature calculating means for calculating the cooling water temperature based on the data relating to the movement of the cooling water set by the means, the structure of the sinus, the cable and the cooling water pipe set by the sinus structure setting means, Model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis area of the analysis surface crossing the cave by finite element, and for each node in the analysis target area using the thermal constant recorded in the thermal constant recording means The heat capacity matrix and the heat conduction matrix of the matrix creating means, the calorific value calculating means, the air temperature calculating means, and the cooling water temperature calculating means are respectively calculated. Generated by a vector generating means for generating a thermal load vector for each node in the analysis region based on the generated heat value of the cable, the air temperature in the cave and the cooling water temperature, and the matrix generating means and the vector generating means Further, the present invention is characterized by functioning as a node temperature calculation means for calculating each node temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state using the heat capacity matrix, the heat conduction matrix and the thermal load vector.
そして、請求項12に記載の発明は、前記請求項11に記載のプログラムにおいて、コンピュータを、冷却水管路が設けられた洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段として機能させると共に、前記空気温度算出手段として機能させるときは、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出するように機能させ、前記冷却水温度算出手段として機能させるときは、冷却水入口近傍の解析面における管路断面では冷却水温度を所定の入口温度に設定し、各解析面に位置する他の管路断面については、その上流側断面における冷却水温度の変化に基づいて順次下流側の断面における冷却水温度を算出するように機能させ、かつ、節点温度算出手段として機能させるときは、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、冷却水管路内面の節点については前記冷却水温度算出手段で算出された冷却水温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算するように機能させることを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the program according to the eleventh aspect, the computer sets a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the sinus where the cooling water pipe is provided. When functioning as an analysis surface setting means and functioning as the air temperature calculation means, the air temperature in the cave is set to a predetermined temperature on the analysis surface most upstream with respect to the movement of air in the section, and the analysis is performed. For each analysis surface downstream from the surface, it functions to sequentially calculate the air temperature in the sinus on the downstream analysis surface based on the change in the air temperature in the sinus on the upstream analysis surface, and as the cooling water temperature calculating means When functioning, set the cooling water temperature to a predetermined inlet temperature in the pipe cross section on the analysis surface near the cooling water inlet, and for other pipe cross sections located on each analysis surface, When functioning to calculate the cooling water temperature in the downstream cross-section sequentially based on the change in the cooling water temperature in the upstream cross-section and to function as a nodal temperature calculation means, Is the air temperature in the cave calculated by the air temperature calculating means, and for the nodes on the inner surface of the cooling water pipe, the cooling water temperature calculated by the cooling water temperature calculating means is used for each analysis area. It is made to function so that the temperature of each nodal point may be calculated.
そして、請求項13に記載の発明は、前記請求項9から請求項12のいずれかに記載のプログラムにおいて、コンピュータを、各地域各時期の気象データを記録した気象データ記録手段、及び、指定された解析対象地域及び時期の気象データを前記気象データ記録手段から読み出し、その気象データに基づいて地表面の熱収支量を算出する熱収支量算出手段として機能させると共に、ベクトル作成手段として機能させるときは、前記熱収支量算出手段で算出された地表面の熱収支量を用いて熱荷重ベクトルを作成するように機能させることを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the program according to any one of the ninth to twelfth aspects, the computer includes a meteorological data recording means for recording meteorological data for each time period in each region, and a designation. When reading out the weather data of the analyzed area and time from the weather data recording means and functioning as a heat balance amount calculating means for calculating the heat balance amount of the ground surface based on the weather data and functioning as a vector creating means Is made to function so as to create a thermal load vector using the ground surface heat balance amount calculated by the heat balance amount calculation means.
前記の構成により、本願の各請求項に記載した発明によれば、それぞれ次のような効果が得られる。   According to the invention described in each claim of the present application, the following effects can be obtained.
まず、本願の請求項1に記載の方法によれば、地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度が、洞道内における空気の移動による冷却効果を含めて計算されることになる。したがって、例えば長距離に及ぶケーブル配設区間の全区間或いは一部区間について、ケーブルを洞道内に配設した場合の該ケーブル導体温度の変化のシミュレーションが精度よく行われることになる。その結果、必要以上に通電電流を抑制したり、ケーブルを必要以上にサイズアップしたりする無駄が回避され、電力輸送の効率の向上に寄与することになる。   First, according to the method described in claim 1 of the present application, the conductor temperature of the power cable laid in the underground cave is calculated including the cooling effect due to the movement of air in the cave. Therefore, for example, the simulation of the change in the temperature of the cable conductor when the cable is arranged in the cave is performed with high accuracy for all or a part of the cable arrangement section extending over a long distance. As a result, it is possible to avoid the waste of suppressing the energization current more than necessary or increasing the size of the cable more than necessary, which contributes to the improvement of the efficiency of power transportation.
また、請求項2に記載の方法によれば、前記のような洞道内空気による冷却効果に加えて、洞道内に配設した冷却水管路による冷却効果も含めて、ケーブル導体温度の変化がシミュレーションされることになる。したがって、冷却水管路の配設設計を効果的に行うことが可能となる。   According to the method of claim 2, in addition to the cooling effect by the air in the cave as described above, the change in the cable conductor temperature is simulated including the cooling effect by the cooling water pipe disposed in the cave. Will be. Therefore, it is possible to effectively design the cooling water pipe arrangement.
さらに、請求項3の方法によれば、ケーブルの導体温度推定のためのパラメータとして、各地域の気象データに基づいて算出される地表面での熱収支量が考慮されるから、シミュレーションが一層現実に近い状態で行われることになり、電力輸送の効率化にさらに有効に寄与することになる。   Furthermore, according to the method of claim 3, since the heat balance amount on the ground surface calculated based on the weather data of each region is considered as a parameter for estimating the conductor temperature of the cable, the simulation is more realistic. It will be carried out in a state close to, which will contribute more effectively to the efficiency of power transportation.
一方、請求項4に記載のシステムによれば、前記請求項1に記載の方法がコンピュータの中央処理装置、記録装置及び入出力装置等の各種ハードウェア資源を用いて具体的に実行されることになり、洞道内の空気の移動による冷却効果を反映したケーブル導体温度のシミュレーションをコンピュータを用いて行うことが可能となって、最適な電力ケーブル敷設の設計が容易にかつ迅速に行われることになる。   On the other hand, according to the system described in claim 4, the method described in claim 1 is specifically executed using various hardware resources such as a central processing unit, a recording device, and an input / output device of a computer. As a result, it is possible to simulate the cable conductor temperature reflecting the cooling effect due to the movement of air in the cave using a computer, and the optimal power cable laying design can be easily and quickly performed. Become.
そして、請求項5に記載のシステムによれば、複数の解析面を設定し、隣接解析面間で空気の移動による洞道内空気温度の受け渡しを行いながら、各解析面における導体温度のシミュレーションを行うから、空気の移動による冷却効果が正しく反映されて、シミュレーションが精度よく行われることになる。   According to the system of claim 5, a plurality of analysis surfaces are set, and the conductor temperature on each analysis surface is simulated while passing the air temperature in the tunnel by air movement between adjacent analysis surfaces. Therefore, the cooling effect due to the movement of air is correctly reflected, and the simulation is performed with high accuracy.
また、請求項6に記載のシステムによれば、請求項4のシステムの効果に加えて、洞道内に冷却水管路を配設した場合におけるケーブル導体温度の変化がコンピュータを用いてシミュレーションされることになり、冷却水管路の効果的な配設設計が容易にかつ迅速に行われることになる。   Further, according to the system of claim 6, in addition to the effect of the system of claim 4, the change in the cable conductor temperature when the cooling water pipe is disposed in the cave is simulated using a computer. Thus, an effective arrangement design of the cooling water conduit is easily and quickly performed.
そして、請求項7に記載のシステムによれば、複数の解析面を設定し、隣接解析面間で、空気の移動による洞道内空気温度の受け渡し、及び冷却水の移動による冷却水温度の受け渡しを行いながら、各解析面における導体温度のシミュレーションを行うから、空気及び冷却水の移動による冷却効果が正しく反映されて、シミュレーションが精度よく行われることになる。   According to the system of claim 7, a plurality of analysis surfaces are set, and between the adjacent analysis surfaces, the air temperature in the tunnel is transferred by the movement of the air, and the cooling water temperature is transferred by the movement of the cooling water. While performing the simulation of the conductor temperature on each analysis surface, the cooling effect by the movement of air and cooling water is correctly reflected, and the simulation is performed with high accuracy.
さらに、請求項8に記載のシステムによれば、前記請求項3に記載の方法と同様に、地表面における熱収支量をも含めてケーブル導体温度が計算されるので、シミュレーションがより現実に近い状態で行われることになる。   Furthermore, according to the system of the eighth aspect, similar to the method of the third aspect, since the cable conductor temperature is calculated including the heat balance on the ground surface, the simulation is more realistic. Will be done in the state.
そして、請求項9〜請求項13に記載のプログラムによれば、これらをコンピュータに搭載することにより、請求項4〜請求項8に記載のシステムと同様のシステムが構成されることになり、これらのシステムと同様の効果が実現される。   And according to the program of Claim 9-Claim 13, by mounting these in a computer, the system similar to the system of Claim 4-Claim 8 will be comprised, and these The same effect as this system is realized.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明に係るケーブル導体温度推定システムについてのものであるが、このシステムで用いられる方法及びそのプログラムは、本発明に係るケーブル導体温度推定方法及びケーブル導体温度推定用プログラムの実施の形態を構成する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, although the following embodiment is about the cable conductor temperature estimation system which concerns on this invention, the method used in this system and its program are the cable conductor temperature estimation method and cable conductor temperature estimation which concern on this invention. An embodiment of a computer program is configured.
また、以下の実施の形態に係るシステム及びプログラムは、ケーブルを洞道内に配設した洞道モデルのほかに、地中に埋設した埋設モデルについてのシミュレーションも可能とされている。ここで、本システムでシミュレーション可能な各モデルの構成について説明する。   In addition, the system and program according to the following embodiments can also simulate a buried model embedded in the ground in addition to a tunnel model in which cables are arranged in the tunnel. Here, the configuration of each model that can be simulated by this system will be described.
図1は、洞道モデルの構成を示すもので、洞道1は地中に設けられ、その周囲が壁面2によって囲われ、さらにその外側は土壌3で覆われている。そして、内部には電力ケーブル4が敷設されている。また、この洞道1には、地上から空気を取り入れるための吸気装置5a、地上に空気を排出するための排気装置5b及び洞道1内で空気を強制移動させる送風装置5c等が配設され、内部の強制換気が可能とされている。   FIG. 1 shows a configuration of a cave model. A cave 1 is provided in the ground, its periphery is surrounded by a wall surface 2, and the outside is covered with soil 3. And the power cable 4 is laid inside. In addition, an air intake device 5a for taking in air from the ground, an exhaust device 5b for discharging air to the ground, and a blower device 5c for forcibly moving the air in the sinus 1 are disposed in the sinus 1. Internal forced ventilation is possible.
さらに、この洞道モデルにおいては、必要に応じて、洞道1内に冷却水管路6が配設される。この冷却水管路6は、図2に示すように、冷却水供給装置7から洞道1内を一方向に延びた後、所定位置でUターンして再び冷却水供給装置7に戻るように配設され、冷却水管路6の往路(以下、「Go管」という)の入口に前記供給装置7から送り出された一定温度(入口温度)の冷却水が、周囲の熱により温度上昇しながら、復路(以下、「Re管」という)によって冷却水供給装置7に戻され、該装置7によって前記入口温度に冷却された後、再びGo管の入口に供給されるように構成されている。   Further, in the sinus model, a cooling water pipe 6 is disposed in the sinus 1 as necessary. As shown in FIG. 2, the cooling water pipe 6 extends in one direction from the cooling water supply device 7 and then makes a U-turn at a predetermined position and returns to the cooling water supply device 7 again. The cooling water at a constant temperature (inlet temperature) sent from the supply device 7 to the inlet of the forward passage (hereinafter referred to as “Go pipe”) of the cooling water pipe 6 is increased in temperature by the ambient heat while returning to the return path. (Hereinafter referred to as “Re pipe”), the water is returned to the cooling water supply device 7, cooled to the inlet temperature by the device 7, and then supplied again to the Go pipe inlet.
一方、埋設モデルは、図3に示すように、電力ケーブル4を収納した管路8を直接地中に埋設した構成とされ、ケーブル4の周囲には管路8と土壌3とが存在することになる。また、必要に応じて、このケーブル管路8に沿わせて冷却水管路6が埋設される。この冷却水管路6は、前記洞道モデルの場合と同様、冷却水供給装置(図示せず)から延びるGo管と、Uターンして再び冷却水供給装置に戻るRe管とで構成され、Go管の入口に一定温度の冷却水が供給され、周辺を冷却することによって高温となった冷却水が前記冷却水供給装置に戻されるようになっている。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the burying model has a configuration in which a pipeline 8 containing the power cable 4 is directly buried in the ground, and the pipeline 8 and the soil 3 exist around the cable 4. become. Moreover, the cooling water pipe 6 is embed | buried along this cable pipe line 8 as needed. This cooling water pipe 6 is composed of a Go pipe extending from a cooling water supply device (not shown) and a Re pipe returning to the cooling water supply device after making a U-turn, as in the case of the above-mentioned tunnel model. Cooling water having a constant temperature is supplied to the inlet of the pipe, and the cooling water that has become hot by cooling the periphery is returned to the cooling water supply device.
なお、本実施の形態では、洞道モデル及び埋設モデルのそれぞれにおいて、冷却水管路6を配設しないモデルについてもケーブル導体温度のシミュレーションが可能とされている。   In the present embodiment, the cable conductor temperature can be simulated for a model in which the cooling water pipe 6 is not provided in each of the tunnel model and the buried model.
次に、前記のようなモデルの設定ないしケーブル導体温度の解析を行うシステムの構成を説明する。   Next, the configuration of a system for performing the above-described model setting or cable conductor temperature analysis will be described.
図4に示すように、このシステムを構成するコンピュータ10は、その中心となる中央処理装置11と、各種条件の設定やシステムの制御等に用いられる入力装置12と、CD−ROM等の記録媒体20からプログラムや各種データ等の情報を読み込む読込み装置13と、該装置13によって読み込んだプログラムやデータ、さらには計算結果等を記録する記録装置14と、入力画面や計算結果等を表示する表示装置15と、計算結果等を印刷する印刷装置16とを有する。また、前記中央処理装置11には、処理中に一時的にデータを格納するメモリ17が付設されている。   As shown in FIG. 4, a computer 10 constituting this system includes a central processing unit 11 as a center, an input device 12 used for setting various conditions and controlling the system, and a recording medium such as a CD-ROM. 20, a reading device 13 for reading information such as programs and various data, a recording device 14 for recording programs and data read by the device 13, and further calculation results, and a display device for displaying input screens and calculation results 15 and a printing device 16 for printing calculation results and the like. Further, the central processing unit 11 is provided with a memory 17 for temporarily storing data during processing.
前記記録装置14には、この実施の形態では、土壌熱定数データベースDB1、洞道壁熱定数データベースDB2、管路壁熱定数データベースDB3、流体熱定数データベースDB4、管路寸法データベースDB5、ケーブルデータベースDB6、空気物性データベースDB7、冷却水物性データベースDB8、地温データベースDB9、気象データベースDB10、負荷率データベースDB11が記録されるようになっている。   In this embodiment, the recording device 14 includes a soil thermal constant database DB1, a cave wall thermal constant database DB2, a pipe wall thermal constant database DB3, a fluid thermal constant database DB4, a pipe dimension database DB5, and a cable database DB6. Air physical property database DB7, cooling water physical property database DB8, ground temperature database DB9, weather database DB10, and load factor database DB11 are recorded.
これらのデータベースの構成を順に説明すると、まず、土壌熱定数データベースDB1は、図5に示すように、解析対象地域の土壌の種類ごとに、その名前、質量密度、比熱、及び熱抵抗を記録するようになっている。   If the structure of these databases is demonstrated in order, first, as shown in FIG. 5, soil heat constant database DB1 will record the name, mass density, specific heat, and thermal resistance for every kind of soil of an analysis object area. It is like that.
また、洞道壁熱定数データベースDB2は、図6に示すように、洞道の周壁を構成する材料ごとに、その名前、質量密度、比熱、及び熱抵抗を記録するようになっている。   In addition, as shown in FIG. 6, the cave wall thermal constant database DB2 records the name, mass density, specific heat, and thermal resistance for each material constituting the cave wall.
また、管路壁熱定数データベースDB3は、図7に示すように、冷却水管路及び埋設モードで用いられるケーブル収納用管路について、材質ごとに、その名前、質量密度、比熱、及び熱抵抗を記録するようになっている。   In addition, as shown in FIG. 7, the pipe wall thermal constant database DB3 shows the name, mass density, specific heat, and thermal resistance for each material for the cooling water pipe and the cable storage pipe used in the embedding mode. It comes to record.
また、流体熱定数データベースDB4は、図8に示すように、静止状態及び流動状態の冷却水、静止状態及び流動状態の洞道内空気、及び埋設モデルで用いられるケーブル収納用管路内の空気について、それぞれ、質量密度、比熱、及び熱抵抗を記録するようになっている。   In addition, as shown in FIG. 8, the fluid thermal constant database DB <b> 4 includes static water and fluid cooling water, static and fluid air in the tunnel, and air in the cable storage conduit used in the buried model. , Respectively, the mass density, specific heat, and thermal resistance are recorded.
また、管路寸法データベースDB5は、図9に示すように、冷却水管路及び埋設モードで用いられるケーブル収納用管路の各仕様ごとに、その仕様の名称と外径及び内径とを記録するようになっている。   Further, as shown in FIG. 9, the pipe size database DB5 records the name, outer diameter, and inner diameter of the specifications for each specification of the cooling water pipe and the cable storage pipe used in the embedding mode. It has become.
また、ケーブルデータベースDB6は、図10に示すように、各種類の電力ケーブルについて、適用電圧、種類名、心数、及びサイズをインデックスとして、線路を構成する導体、絶縁体及びシースについての外径、比熱容量、及び固有熱抵抗、並びに単位長さあたりの電気抵抗値であるRACの各値をそれぞれ記録するようになっている。   Further, as shown in FIG. 10, the cable database DB6 has outer diameters for conductors, insulators, and sheaths constituting the line, with the applied voltage, the type name, the number of cores, and the size as indices for each type of power cable. Each value of RAC, which is a specific heat capacity, a specific heat resistance, and an electric resistance value per unit length, is recorded.
また、空気物性データベースDB7は、図11に示すように、洞道内の空気の動粘性係数、プラントル数及び熱伝導率を温度ごとに記録するようになっている。   In addition, as shown in FIG. 11, the air physical property database DB7 records the kinematic viscosity coefficient, Prandtl number, and thermal conductivity of air in the sinus for each temperature.
同様に、冷却水物性データベースDB8は、図12に示すように、冷却水の動粘性係数、プラントル数及び熱伝導率を温度ごとに記録するようになっている。   Similarly, the cooling water property database DB8 records the kinematic viscosity coefficient, the Prandtl number, and the thermal conductivity of the cooling water for each temperature, as shown in FIG.
また、地温データベースDB9は、図13に東京のものを例にとって示すように、各地域ごとに、地表からの各深さの地温を月別に記録するようになっている。   In addition, as shown in FIG. 13 for an example in Tokyo, the ground temperature database DB9 records the ground temperature at each depth from the ground surface by month for each region.
また、気象データベースDB10は、図14に東京のものを例にとって示すように、各地域ごとに、1年間の1時間ごとの気温、湿度、風速、日射量及び降水量の各データを記録するようになっている。   Further, as shown in FIG. 14 for example in Tokyo, the weather database DB10 records each hour of temperature, humidity, wind speed, solar radiation, and precipitation data for each area for each region. It has become.
さらに、負荷率データベースDB11は、図15に示すように、例えば斜線で示す8月の平日の14時等の1年中で最も電気使用量が多くなる時点の通電量を1としたときの各時点の通電量の比率を、月別、曜日別(日曜、平日、土曜)、及び時間別に示したデータを記録するようになっている。   Further, as shown in FIG. 15, the load factor database DB11 has, for example, each of the energization amounts at the time when the amount of electricity used is highest during one year such as 14:00 on August weekdays indicated by diagonal lines. Data indicating the ratio of the energization amount at the time point is recorded by month, day of the week (Sunday, weekday, Saturday), and time.
そして、前記記録装置14に記録されたプログラムは、中央処理装置11を作動させ、前記各データベースDB1〜DB11に記録されているデータと、入力装置12によって設定されるデータ等に基づき、洞道モデルか埋設モデルかに応じ、有限要素法を用いて、ケーブルを横断する解析面の所定解析領域内の各部の温度を所定の時間間隔で計算し、洞道内空気の移動や冷却水の移動による影響を反映したケーブル導体温度の変化をシミュレーションするように動作する。   The program recorded in the recording device 14 activates the central processing unit 11, and based on the data recorded in the databases DB1 to DB11 and the data set by the input device 12, etc. Depending on whether the model is a buried model or not, the finite element method is used to calculate the temperature of each part in the specified analysis area of the analysis surface that crosses the cable at specified time intervals, and the influence of the movement of air in the cave and the movement of cooling water It operates so as to simulate the change of the cable conductor temperature reflecting the above.
ここで、このプログラムによる有限要素法を用いたシミュレーションの理論的背景ないし計算方法について説明する。   Here, the theoretical background or calculation method of the simulation using the finite element method by this program will be described.
このシミュレーションは、次式、
(∂θ/∂x)+K(∂θ/∂y)+Q
=ρC(∂θ/∂t) (1)
で示される2次元の熱伝導方程式を基礎とし、この式(1)を、洞道、ケーブル、冷却水管路等を地表面を含めて横断する所定の解析面について適用する。
This simulation has the following formula:
K X (∂ 2 θ / ∂ x 2 ) + K Y (∂ 2 θ / ∂ y 2 ) + Q
= ΡC (∂θ / ∂t) (1)
The equation (1) is applied to a predetermined analysis plane that traverses a cave, a cable, a cooling water pipe, and the like including the ground surface.
この式(1)は、解析面上の点(x,y)における各時刻tの温度θを示すものであり、K、KはX、Y方向の熱伝導係数、Qは単位時間、単位体積(面積)あたりの熱収支や内部発熱等に由来する熱量、ρは質量密度、Cは比熱である。 This equation (1) indicates the temperature θ at each time t at the point (x, y) on the analysis surface, K X and KY are the heat conduction coefficients in the X and Y directions, Q is the unit time, The amount of heat derived from heat balance per unit volume (area), internal heat generation, etc., ρ is mass density, and C is specific heat.
この式(1)を、有限要素法の適用のためにマトリックス表示すると、
[C]・[dθ/dt]+[K]・[θ]=[Q] (2)
となる。
When this equation (1) is expressed in a matrix for application of the finite element method,
[C] · [dθ / dt] + [K] · [θ] = [Q] (2)
It becomes.
ここで、[C]は熱容量マトリクス、[K]は熱伝導マトリクス、[θ]は節点温度ベクトル、[dθ/dt]は節点温度の時間微分ベクトル、[Q]は熱荷重ベクトルを示し、図16に示すように、解析面における所定の解析領域を多数の要素に有限要素分割して各節点に番号1…i…j…を付したときに、熱容量マトリックス[C]を構成する項Cijは、節点i,j間の比熱容量(比熱×質量密度:J/cm・°K)とその間における体積に関連した値の積を示し、熱伝導マトリックス[K]を構成する項Kijは、節点i,j間の熱伝導率(J/sec・cm・°K)とその間の体積に関連した値との積を示す。 Here, [C] is a heat capacity matrix, [K] is a heat conduction matrix, [θ] is a nodal temperature vector, [dθ / dt] is a time differential vector of the nodal temperature, and [Q] is a thermal load vector. As shown in FIG. 16, when a predetermined analysis region on the analysis surface is divided into a number of elements by finite element division and each node is given a number 1... I ... j, a term C ij constituting the heat capacity matrix [C]. Indicates the product of the specific heat capacity (specific heat × mass density: J / cm 3 · K) between the nodes i and j and the volume related value therebetween, and the term K ij constituting the heat conduction matrix [K] is , The product of the thermal conductivity (J / sec · cm 3 · ° K) between the nodes i and j and the value related to the volume between them.
また、熱荷重ベクトル[Q]を構成する項Qは、地表面上の節点の場合は、その節点によって代表される領域の地表面での単位面積、単位時間あたりの熱収支量q1(J/sec・cm)とその領域の面積(解析面上の長さ×単位長さ)の積を、地中内の節点については、その節点によって代表される領域における単位体積、単位時間あたりの内部発熱量q2(J/sec・cm)とその領域の体積(解析面上の面積×単位長さ)との積をそれぞれ示す。 In addition, in the case of a node on the ground surface, the term Q j constituting the thermal load vector [Q] is a unit area on the ground surface of a region represented by the node, and a heat balance amount q1 (J / Sec · cm 2 ) and the area of the area (length on the analysis surface × unit length), for nodes in the ground, the unit volume in the area represented by the node, per unit time The product of the internal heating value q2 (J / sec · cm 3 ) and the volume of the region (area on the analysis surface × unit length) is shown.
また、洞道内の空気接触面、即ち洞道壁内面、洞道内に配設されたケーブル及び冷却水管路の表面の節点についての熱荷重ベクトル[Q]の項Qは、その節点によって代表される領域での単位面積、単位時間当たりの伝熱量q3(J/sec・cm)とその領域の面積(解析面上の長さ×単位長さ)との積を示す。また、洞道内部については、洞道内空気を代表する単一の節点が設定されるが、その節点については、洞道内空気の単位面積、単位時間当たりの伝熱量q4(J/sec・cm)と洞道内の空間断面積(洞道断面積からケーブル及び冷却水管路の断面積を差し引いた値)との積を示す。 Further, the term Q j of the thermal load vector [Q] for the air contact surface in the cave, that is, the inner wall of the cave, the nodes disposed in the cave and the surface of the surface of the cooling water pipe, is represented by the node. The product of the unit area in the region, the amount of heat transfer q3 (J / sec · cm 2 ) per unit time and the area of the region (length on the analysis surface × unit length) is shown. In addition, a single node representing the air in the cave is set for the inside of the cave, and for that node, the unit area of the air in the cave, the heat transfer amount per unit time q4 (J / sec · cm 2). ) And the space cross-sectional area in the cave (the value obtained by subtracting the cross-sectional area of the cable and the cooling water pipe from the cave cross-sectional area).
同様に、冷却水管路内面の節点についての熱荷重ベクトル[Q]の項Qは、その節点によって代表される管路内面の領域での単位面積、単位時間当たりの伝熱量q5(J/sec・cm)とその領域の面積(解析面上の長さ×単位長さ)との積を示す。また、冷却水管路内部については、冷却水を代表する単一の節点が設定されるが、その節点については、冷却水の単位面積、単位時間当たりの伝熱量q6(J/sec・cm)と冷却水管路の断面積との積を示す。 Similarly, the term Q j of the thermal load vector [Q] for the node on the inner surface of the cooling water pipe is expressed by the unit area in the region of the pipe inner surface represented by the node, the amount of heat transfer q5 (J / sec). * The product of cm 2 ) and the area of the region (length on the analysis surface × unit length). In addition, a single node representative of cooling water is set for the inside of the cooling water pipe, and for that node, the unit area of the cooling water and the heat transfer amount q6 (J / sec · cm 2 ) per unit time are set. And the product of the cross-sectional area of the cooling water pipe.
なお、節点が地表面上や洞道内或いは冷却管路内等になく、かつ内部発熱を伴わない領域にある場合には、Q=0となる。 Note that Q j = 0 when the node is not on the ground surface, in the cave or in the cooling pipe, and in a region not accompanied by internal heat generation.
そして、実際のシミュレーションに際しては、前記式(2)に基づき、各節点の時刻tの温度θからΔt時間後の時刻t′(=t+Δt)における温度θt′を、次式、
(2[C]t″/Δt+[K]t″)[θ]t′
(2[C]t″/Δt−[K]t″)[θ] +2[Q]t″ (3)
に従って求めることになる。
In actual simulation, based on the above equation (2), the temperature θ t ′ at time t ′ (= t + Δt) after Δt time from the temperature θ t at each node at time t is expressed by the following equation:
(2 [C] t ″ / Δt + [K] t ″ ) [θ] t ′ =
(2 [C] t ″ / Δt− [K] t ″ ) [θ] t +2 [Q] t ″ (3)
Will be asked according to.
ここで、時刻t″は時刻tとt′の中間の時刻(=(t+Δt)/2)であって、この時刻t″について前記式(2)を示した式、
[C]t″・[dθ/dt]t″+[K]t″・[θ]t″=[Q]t″
に、
[θ]t″=([θ]+[θ]t′)/2
[dθ/dt]t″=([θ]t′−[θ])/Δt
の関係を代入することにより、前記式(3)が得られる。
Here, the time t ″ is an intermediate time between the times t and t ′ (= (t + Δt) / 2), and the equation (2) is expressed for the time t ″.
[C] t ″ · [dθ / dt] t ″ + [K] t ″ · [θ] t ″ = [Q] t ″
In addition,
[Θ] t ″ = ([θ] t + [θ] t ′ ) / 2
[Dθ / dt] t ″ = ([θ] t ′ − [θ] t ) / Δt
By substituting the relationship, the above equation (3) is obtained.
そして、この式(3)において、熱容量マトリックス[C]t″を構成する各項(Cijt″に各要素の比熱容量から求めた値を与え、熱伝導マトリックス[K]t″を構成する各項(Kijt″に各要素の熱伝導率から求めた値を与えると共に、熱荷重ベクトル[Q]t″の各項(Qt″の値として、地表面上の節点、洞道内空気接触面や冷却管路内面の節点には、その節点によって代表される領域での時刻t″における伝熱量を与え、洞道内空気や冷却水を代表する節点には、該空気及び冷却水の時刻t″における伝熱量を与え、さらに、導体内部の節点には、その節点によって代表される領域内での時刻t″における発熱量を与える。 In this equation (3), each term (C ij ) t ″ constituting the heat capacity matrix [C] t ″ is given a value obtained from the specific heat capacity of each element to form the heat conduction matrix [K] t ″ . A value obtained from the thermal conductivity of each element is given to each term (K ij ) t ″, and a node on the ground surface is used as the value of each term (Q j ) t ″ of the thermal load vector [Q] t ″. In addition, the nodes on the air contact surface in the tunnel and the inner surface of the cooling pipe are given the amount of heat transfer at the time t ″ in the region represented by the node, and the nodes representing the air in the tunnel and the cooling water have the air and The amount of heat transfer at the time t ″ of the cooling water is given, and furthermore, the amount of heat generation at the time t ″ in the region represented by the node is given to the node inside the conductor.
また、節点温度ベクトルの初期値[θ]t=0としては、各節点の位置(深さ)や時期等に応じた地温を各項の値とするベクトルを与え、また、節点温度の時間微分ベクトルの初期値[dθ/dt]t=0として、各項の値が0のベクトルを与え、その状態から任意の期間、所定の解析周期Δtごとに節点温度ベクトル[θ]を順次算出する。 In addition, as the initial value [θ] t = 0 of the nodal temperature vector, a vector having a ground temperature corresponding to the position (depth) and time of each nodal point as a value of each term is given, and the temporal differentiation of the nodal temperature Assuming that the initial value of the vector [dθ / dt] t = 0 , a vector in which the value of each term is 0 is given, and the nodal temperature vector [θ] is sequentially calculated from the state for every predetermined analysis period Δt.
なお、洞道内空気及び冷却水を代表する節点については、節点温度ベクトルの初期値は、定常状態(洞道内空気及び冷却水が停止してから十分時間がたった状態)から解析を開始する場合は、当該深さや時期等における地温と同じ温度とされるが、洞道内空気や冷却水が流れている状態或いは流れ始めたときから解析を開始する場合等は、別途設定された温度を初期値とする。   In addition, for the nodes that represent the air in the cave and the cooling water, the initial value of the node temperature vector is when the analysis is started from a steady state (a sufficient time has passed since the cave air and the cooling water stopped). The temperature is the same as the ground temperature at the depth, time, etc., but when the analysis is started when the air in the cave or the cooling water is flowing or when it starts flowing, the temperature set separately is set as the initial value. To do.
また、各要素の比熱容量及び熱伝導率が時間の関数として与えられるときは、前記熱容量マトリクス[C]t″の各項の値、及び熱伝導マトリックス[K]t″の各項の値は、それぞれの時間に関する関数から求められるが、時間依存性がないときは一定値が用いられる。 When the specific heat capacity and thermal conductivity of each element are given as a function of time, the value of each term of the heat capacity matrix [C] t ″ and the value of each term of the heat conduction matrix [K] t ″ are Although it is obtained from a function relating to each time, a constant value is used when there is no time dependency.
一方、このシミュレーションにおいて、熱荷重ベクトル[Q]の項Qの値として与えられる地表面の節点における熱収支量q1(J/sec・cm)、導体内部の節点における内部発熱量q2(J/sec・cm)、洞道内空気接触面の節点における伝熱量q3(J/sec・cm)、洞道内空気を代表する節点の伝熱量q4(J/sec・cm)、冷却水管路内面の節点における伝熱量q5(J/sec・cm)及び冷却水を代表する節点の伝熱量q6(J/sec・cm)は、例えば次のように計算される。 On the other hand, in this simulation, the heat balance q1 (J / sec · cm 2 ) at a node on the ground surface given as the value of the term Q j of the thermal load vector [Q], the internal heat generation q2 (J / Sec · cm 3 ), heat transfer amount q3 (J / sec · cm 2 ) at the node of the air contact surface in the cave, heat transfer amount q4 (J / sec · cm 2 ) of the node representing the air in the cave, cooling water pipe The heat transfer amount q5 (J / sec · cm 2 ) at the nodes on the inner surface and the heat transfer amount q6 (J / sec · cm 2 ) at the nodes representing the cooling water are calculated as follows, for example.
まず、地表面の単位時間、単位面積あたりの熱収支量q1を、
q1=日射吸収量(q11)
+大気から地表面への輻射量(q12)
−地表面から大気への輻射量(q13)
−地表面から大気への伝熱量(q14) (4)
と定義する。
First, the unit time of the ground surface, the heat balance q1 per unit area,
q1 = Absorption of solar radiation (q11)
+ Radiation from the atmosphere to the ground surface (q12)
-Radiation from the ground surface to the atmosphere (q13)
-Heat transfer from the ground surface to the atmosphere (q14) (4)
It is defined as
ここで、日射吸収量q11は、
q11=日射量×(1−地表面反射率)
である。
Here, the solar radiation absorption amount q11 is
q11 = amount of solar radiation × (1−ground surface reflectance)
It is.
また、大気から地表面への輻射量q12及び地表面から大気への輻射量q13は、σをステファンボルツマン定数(J/sec・cm・°K)とし、ε12、ε13を輻射率(無次元)、Tを大気温度(°K)、T′を地表面における当該要素の温度(°K)として、
q12=σ×ε12×T
q13=σ×ε13×T′
で示される。
In addition, the radiation amount q12 from the atmosphere to the ground surface and the radiation amount q13 from the ground surface to the atmosphere are σ is a Stefan-Boltzmann constant (J / sec · cm 2 · ° K 4 ), and ε12 and ε13 are radiation rates (none). Dimension), T is the atmospheric temperature (° K), T ′ is the temperature of the element on the ground surface (° K),
q12 = σ × ε12 × T 4
q13 = σ × ε13 × T ′ 4
Indicated by
その場合に、大気から地表面への輻射量q12については、輻射率ε12は、例えば、
降水量なし、かつ湿度50%未満で、ε12=0.650
降水量なし、かつ湿度50%以上で、ε12=0.850
降水量ありで、 ε12=0.925
と設定する。
In that case, for the radiation amount q12 from the atmosphere to the ground surface, the emissivity ε12 is, for example,
No precipitation, less than 50% humidity, ε12 = 0.650
No precipitation and humidity 50% or more, ε12 = 0.850
With precipitation, ε12 = 0.925
And set.
また、地表面から大気への輻射量q13については、輻射率ε13は、降水量及び湿度に関係なく、
ε13=0.965
と設定する。
In addition, for the radiation amount q13 from the ground surface to the atmosphere, the radiation rate ε13 is independent of precipitation and humidity,
ε13 = 0.965
And set.
さらに、地表面から大気への伝熱量q14は、
q14=ρ′×Cp×D×(T′−T)
と定義する。
Furthermore, the amount of heat transfer q14 from the ground surface to the atmosphere is
q14 = ρ ′ × Cp × D × (T′−T)
It is defined as
ここで、ρ′は空気密度(g/cm)、Cpは空気の定圧比熱(J/g・°K)、T′は地表面における当該要素の温度(°K)、Tは大気温度(°K)であり、また、Dは外部拡散係数(cm/sec)であって、Uを風速として、例えば、
D=0.0027+0.031×U
と設定する。
Here, ρ ′ is the air density (g / cm 3 ), Cp is the constant pressure specific heat of air (J / g · ° K), T ′ is the temperature of the element on the ground surface (° K), and T is the atmospheric temperature ( ° K), D is the external diffusion coefficient (cm / sec), and U is the wind speed, for example,
D = 0.0027 + 0.031 × U
And set.
なお、前記の日射量、大気温度(気温)、湿度、降水量、風速は気象データベースDB10から読み出される。また、地表面反射率はプログラムに組み込まれた一定値が用いられるが、例えば土壌熱定数データベースDB1に地表面を構成する土壌ごとに反射率を記録しておき、それを読み出して用いるようにしてもよい。   The amount of solar radiation, atmospheric temperature (air temperature), humidity, precipitation, and wind speed are read from the weather database DB10. In addition, a constant value incorporated in the program is used for the ground surface reflectance. For example, the reflectance is recorded for each soil constituting the ground surface in the soil thermal constant database DB1, and is read and used. Also good.
そして、式(4)で示される地表面でのトータルの熱収支量q1に各節点によって代表される地表面の領域の面積を掛けた値が、前述の式(3)における熱荷重ベクトル[Q]の地表面に位置する節点についての項Qの値として用いられる。 Then, the value obtained by multiplying the total heat balance q1 on the ground surface represented by the equation (4) by the area of the ground surface region represented by each node is the thermal load vector [Q in the above equation (3). ] Is used as the value of the term Q j for the node located on the ground surface.
また、ケーブル導体における内部発熱量q2については、
q2=(I×RAC)/S (5)
と定義する。
In addition, regarding the internal heating value q2 in the cable conductor,
q2 = (I 2 × RAC) / S (5)
It is defined as
この式(5)の分子は、ケーブルの単位長さあたりの発熱量(J/sec・cm)を示し、これをケーブルの導体部分の断面積Sで割った値が、導体の単位時間、単位体積あたりの内部発熱量(J/sec・cm)となる。 The numerator of the formula (5) indicates the amount of heat generation (J / sec · cm) per unit length of the cable, and the value obtained by dividing this by the cross-sectional area S of the conductor portion of the cable is the unit time and unit of the conductor. The amount of internal heat generation per volume (J / sec · cm 3 ).
ここで、Iは電流(A)、RACはケーブルの単位長さあたりの抵抗(Ω/cm)であり、RACはケーブルデータベースDB6から求められる。また、電流Iは、別途設定された値と負荷率データベースDB11とを用いて求められる。   Here, I is the current (A), RAC is the resistance per unit length of the cable (Ω / cm), and RAC is obtained from the cable database DB6. Further, the current I is obtained by using a separately set value and the load factor database DB11.
そして、式(5)で示される内部発熱量q2にケーブル導体内の節点によって代表される領域の体積を掛けた値が、前述の式(3)における熱荷重ベクトル[Q]の当該節点についての項Qの値として用いられる。 Then, the value obtained by multiplying the internal heating value q2 represented by the equation (5) by the volume of the region represented by the node in the cable conductor is the value of the thermal load vector [Q] in the above equation (3) for the node. used as the value of the term Q j.
さらに、洞道壁内面やケーブル及び冷却水管路表面等の洞道内空気接触面の節点の伝熱量q3、及び洞道内空気の伝熱量q4は、前記空気接触面と空気との間の熱伝達によるものとして求められ、図17に示すように、洞道内空気を代表する節点の温度をTa、空気接触面における各節点の温度をTfx(x=1、2、…、i、j、…、n、…)とすれば、
空気接触面における各節点の伝熱量q3は、
q3=α(Tfx−Ta) (6)
で示され、洞道内空気を代表する節点の伝熱量q4は、
q4=αΣ(Tfx−Ta) (7)
で示される。
Further, the heat transfer amount q3 at the nodes of the air contact surfaces in the cave such as the inner surface of the cave wall and the surfaces of the cables and the cooling water pipes, and the heat transfer amount q4 of the air in the cave are due to heat transfer between the air contact surface and the air. As shown in FIG. 17, the temperature of a node representing the air in the cave is Ta, and the temperature of each node on the air contact surface is Tfx (x = 1, 2,..., I, j,..., N ,…)given that,
The amount of heat transfer q3 at each node on the air contact surface is
q3 = α (Tfx−Ta) (6)
The amount of heat transfer q4 at the node representative of the air in the cave is
q4 = αΣ (Tfx−Ta) (7)
Indicated by
同様に、冷却水管路内面の伝熱量q5及び冷却水の伝熱量q6も、管路内面と冷却水との間の熱伝達によるものとして求められ、図18に示すように、冷却水を代表する節点の温度をTw、管路内面における各節点の温度をTgx(x=1、2、…)とすれば、
冷却水管路内面の各節点の伝熱量q5は、
q5=α′(Tgx−Tw) (8)
で示され、冷却水を代表する節点の伝熱量q6は、
q6=α′Σ(Tgx−Tw) (9)
で示される。
Similarly, the heat transfer amount q5 on the inner surface of the cooling water pipe and the heat transfer amount q6 on the cooling water are also obtained by heat transfer between the inner surface of the pipe and the cooling water, and represent the cooling water as shown in FIG. If the temperature of the node is Tw and the temperature of each node on the pipe inner surface is Tgx (x = 1, 2,...),
The amount of heat transfer q5 at each node on the inner surface of the cooling water pipe is
q5 = α ′ (Tgx−Tw) (8)
The heat transfer amount q6 of the node representative of the cooling water is
q6 = α′Σ (Tgx−Tw) (9)
Indicated by
そして、これらの値q3〜q6に当該節点で代表される領域の面積を掛けた値が、前述の式(3)で、熱荷重ベクトル[Q]の当該節点についての項Qの値として用いられる。 Then, a value obtained by multiplying the area of the region represented in the node to these values q3~q6 is, in equation (3) described above, used as the value of the term Q j for the nodes of the thermal load vector [Q] It is done.
なお、前記式(6)、(7)におけるαは、洞道内における空気接触面の各節点と空気との間の平均熱伝達率であり、前記式(8)、(9)におけるα′は、冷却水管路内面の各節点と冷却水との間の平均熱伝達率であって、
α、α′=Nu・λ/d(単位:J/sec・cm・℃)
で示される。
Note that α in the equations (6) and (7) is an average heat transfer coefficient between each node of the air contact surface in the sinus and the air, and α ′ in the equations (8) and (9) is The average heat transfer coefficient between each node on the inner surface of the cooling water pipe and the cooling water,
α, α ′ = Nu · λ / d (unit: J / sec · cm 2 · ° C.)
Indicated by
ここで、λは空気又は冷却水の熱伝導率(J/sec・℃)、dは、洞道については、洞道内の空間断面積と等しい面積の円形の直径(等価径)(cm)であり、冷却水管路については、その管路内径(cm)である。   Here, λ is the thermal conductivity of air or cooling water (J / sec · ° C.), and d is a circular diameter (equivalent diameter) (cm) having the same area as the cross-sectional area of the sinus in the sinus. Yes, the cooling water pipe is the pipe inner diameter (cm).
また、Nuはヌセルト数であって、流速0の場合、即ち洞道内空気もしくは冷却水が停止しているときは、例えば、定常状態の層流熱伝達の式から、
Nu=3.66
とされ、空気や冷却水が移動している場合には、例えば、管内の乱流熱伝達の式、
Nu=0.023・Re0.8・Pr0.4
が用いられる。なお、Reはレイノルズ数、Prはプラントル数で、それぞれ
Re=ωd/ν
Pr=ν/a
であり、ωは洞道内空気又は冷却水の平均流速(cm/sec)、νは洞道内空気又は冷却水の動粘性係数(cm/sec)、aは洞道内空気又は冷却水の温度伝導率(cm/sec)である。
Further, Nu is the Nusselt number, and when the flow velocity is 0, that is, when the air in the cave or the cooling water is stopped, for example, from the equation of steady-state laminar heat transfer,
Nu = 3.66
When air or cooling water is moving, for example, the equation of turbulent heat transfer in the pipe,
Nu = 0.023 · Re 0.8 · Pr 0.4
Is used. Re is the Reynolds number, Pr is the Prandtl number, and Re = ωd / ν
Pr = ν / a
Ω is the average velocity (cm / sec) of the air or cooling water in the sinus, ν is the kinematic viscosity coefficient (cm 2 / sec) of the air or cooling water in the sinus, and a is the temperature conduction of the air or cooling water in the sinus Rate (cm 2 / sec).
したがって、洞道内空気又は冷却水が停止しているときは、前記平均熱伝達率は、
α、α′=3.66・λ/d
移動しているときは、
α、α′=0.023・(ωd/ν)0.8・(ν/a)0.4・λ/d
となる。
Therefore, when the air in the cave or the cooling water is stopped, the average heat transfer coefficient is
α, α ′ = 3.66 · λ / d
When moving
α, α ′ = 0.023 · (ωd / ν) 0.8 · (ν / a) 0.4 · λ / d
It becomes.
そして、洞道内空気及び冷却水の熱伝導率λ、動粘性係数ν及びプラントル数Pr(=ν/a)は、図11、図12の空気物性データベースDB7、冷却水物性データベースDB8から、そのときの洞道内空気もしくは冷却水の温度に応じて読み取られる。   Then, the thermal conductivity λ, kinematic viscosity coefficient ν, and Prandtl number Pr (= ν / a) of the air in the cave and the cooling water are obtained from the air physical property database DB7 and the cooling water physical property database DB8 in FIGS. It is read according to the temperature of the air in the cave or cooling water.
また、径dは、洞道については予め設定されたデータから算出され、冷却水管路の場合は図9の管路寸法データベースDB5から読み取られる。さらに、平均流速ωは、洞道内空気については解析時に設定される風速から、冷却水については径dと予め設定された冷却水の流量とから求められる。   The diameter d is calculated from data set in advance for the sinus, and is read from the pipe dimension database DB5 of FIG. 9 in the case of the cooling water pipe. Furthermore, the average flow velocity ω is obtained from the wind speed set at the time of analysis for the air in the cave, and from the diameter d and the cooling water flow rate set in advance for the cooling water.
ここで、図19に、各種条件で洞道内に空気を流したときのレイノルズ数Remin(空気温度:60℃)、Remax(空気温度:−20℃)を示すが、いずれも乱流条件の2320を超え、これらの条件での流れは乱流であることが示されている。 Here, FIG. 19 shows Reynolds numbers Re min (air temperature: 60 ° C.) and Re max (air temperature: −20 ° C.) when air is flowed into the cave under various conditions. 2320, and the flow under these conditions is shown to be turbulent.
同様に、図20に、冷却水管路として一般に使用される各内径の管路に、流量を異ならせて、0℃及び60℃の冷却水をそれぞれ流したときのレイノルズ数Remin(冷却水温度:0℃)、Remax(冷却水温度:60℃)を示すが、冷却水についても、いずれも乱流条件の2320を超え、これらの条件での流れは乱流であることが示されている。 Similarly, FIG. 20 shows the Reynolds number Re min (cooling water temperature) when cooling water at 0 ° C. and 60 ° C. is flowed through the pipes having respective inner diameters generally used as cooling water pipes with different flow rates. : 0 ° C.), Re max (cooling water temperature: 60 ° C.), both of the cooling waters exceed 2320 of the turbulent flow conditions, indicating that the flow under these conditions is turbulent. Yes.
一方、前記式(6)、(7)における洞道内空気温度Ta、及び前記式(8)、(9)における冷却水温度Twは、詳細は後述するが、おおよそ次のような方法で求められる。   On the other hand, the air temperature Ta in the tunnel in the formulas (6) and (7) and the cooling water temperature Tw in the formulas (8) and (9) will be described in detail later, but can be obtained by the following method. .
つまり、ケーブル及び冷却水管路が配設された洞道を横断する複数の解析面を設定し、洞道内空気、及び冷却水の初期値を与えた上で、各解析面ごとに、ケーブルの内部発熱量や地表面における熱収支量などを考慮し、前記各式に基づいて、所定の時間間隔(解析周期)で有限要素解析を行う。これにより、各解析面の解析領域内の他の全ての節点と同時に、洞道内空気及び冷却水を代表する節点の温度Ta、Twが計算される。   In other words, a plurality of analysis surfaces crossing the cave where the cables and the cooling water pipes are arranged are set, and the initial values of the air in the cave and the cooling water are given. A finite element analysis is performed at a predetermined time interval (analysis period) based on the above equations, taking into consideration the amount of heat generation and the heat balance on the ground surface. As a result, the temperatures Ta and Tw of the nodes representing the air in the sinus and the cooling water are calculated simultaneously with all the other nodes in the analysis region of each analysis surface.
その場合に、洞道内では、強制換気或いは自然発生による空気の移動が生じている場合があり、また、冷却起動時には管路内を冷却水が移動するので、それらの流体の移動に対応させて、所定の解析周期ごとに、上流側の解析面から下流側の解析面へ、洞道内空気温度Ta及び冷却水温度Twを受け渡す処理を行う。   In that case, air movement may occur in the sinus due to forced ventilation or naturally occurring, and the cooling water moves in the pipeline at the start of cooling. In each predetermined analysis cycle, a process of passing the air temperature Ta in the tunnel and the cooling water temperature Tw from the upstream analysis surface to the downstream analysis surface is performed.
この洞道内空気温度Ta及び冷却水温度Twの受け渡し処理は、洞道内空気又は冷却水の少なくとも一方が移動しているときは、まず、その移動によって空気又は冷却水が隣接解析面間を移動する時間のうちの最も長い時間、即ち全ての隣接解析面間で流体の移動が終了する時間(最長移動時間)を予め算出しておく。   In the process of transferring the air temperature Ta and the cooling water temperature Tw in the cave, when at least one of the air in the cave or the cooling water is moving, first, the air or the cooling water is moved between adjacent analysis planes by the movement. The longest time of the time, that is, the time when the movement of the fluid is completed between all adjacent analysis surfaces (the longest movement time) is calculated in advance.
そして、解析開始時や流体が移動を開始した時点から前記最長移動時間が経過した直後の解析周期で、各解析面ごとに個別に全節点温度の計算をした後に、各解析面において、流体がその解析面から下流側の解析面まで流れるのに要する時間の間に温度がどのように変化したかを補間処理を行いながら算出し、その算出した温度を下流側の解析面における空気温度Ta及び冷却水温度Twとする。   Then, after calculating the total nodal temperature individually for each analysis surface in the analysis cycle immediately after the longest movement time has elapsed since the start of the analysis or when the fluid started to move, the fluid on each analysis surface An interpolation process is performed to calculate how the temperature changes during the time required to flow from the analysis surface to the downstream analysis surface, and the calculated temperature is calculated based on the air temperature Ta and the downstream analysis surface. Let it be the cooling water temperature Tw.
このようにして全ての解析面間で流体の移動が終了する解析周期ごとに受け渡し処理を行って得られた空気温度Taや冷却水温度Twを式(6)、(7)の空気温度、式(8)、(9)の冷却水温度として用いながら解析を続行することにより、洞道内空気の移動や冷却水の移動による冷却効果を反映しながら、各解析面におけるケーブル導体温度の変化がシミュレーションされることになる。   In this way, the air temperature Ta and the cooling water temperature Tw obtained by performing the transfer process at every analysis cycle in which the movement of the fluid between all the analysis surfaces is completed are expressed by the air temperature and the expression of the expressions (6) and (7). By continuing the analysis while using it as the cooling water temperature in (8) and (9), the change in cable conductor temperature on each analysis surface is simulated while reflecting the cooling effect due to the movement of air in the cave and the movement of cooling water. Will be.
以上のシミュレーション方法は、具体的には図4に示すコンピュータ10の記録装置14に記録媒体20から読み込まれて記録されたプログラム及び各種データベースDB1〜DB11、並びに入力装置12によって入力された各種データ等に基づき、中央処理装置11が実行することになり、以下、これらのシミュレーション動作をフローチャートやコンピュータ10の表示装置15に表示される画面を用いて説明する。   Specifically, the above simulation method includes a program read from the recording medium 20 and recorded in the recording device 14 of the computer 10 shown in FIG. 4, various databases DB1 to DB11, various data input by the input device 12, and the like. Based on the above, the central processing unit 11 will execute, and hereinafter, these simulation operations will be described using a flowchart and a screen displayed on the display device 15 of the computer 10.
まず、コンピュータ10上で当該システムを起動させると、表示装置15に、図21に示すモデル選択画面W1が表示され、この画面W1上で、解析しようとするモデルが洞道モデルか埋設モデルかの選択を行う。その場合に、冷却水管路が配設されているか否かの選択も併せて行う。   First, when the system is started on the computer 10, a model selection screen W1 shown in FIG. 21 is displayed on the display device 15. On this screen W1, whether the model to be analyzed is a sinus model or an embedded model. Make a selection. In that case, the selection of whether or not the cooling water pipe is provided is also performed.
これにより、図22のフローチャートに従って、解析対象モデルが、冷却水管路が配設されている冷却洞道モデル、冷却水管路が配設されていない非冷却洞道モデル、冷却水管路が配設されている冷却埋設モデル、冷却水管路が配設されていない非冷却埋設モデルのいずれであるかが決定される。   As a result, according to the flowchart of FIG. 22, the analysis target model includes a cooling tunnel model in which the cooling water pipeline is disposed, an uncooled pathway model in which the cooling water pipeline is not disposed, and a cooling water pipeline. It is determined which one of the cooling embedment model and the non-cooling embedment model in which the cooling water pipeline is not arranged.
ここで、以下の説明では、洞道内空気及び冷却水の両者について温度の受け渡し処理が行われる冷却洞道モデルを選択したものとして説明する。   Here, in the following description, a description will be given assuming that a cooling tunnel model in which the temperature passing process is performed for both the air in the tunnel and the cooling water is selected.
図23は、この冷却洞道モデルのメインルーチンのフローチャートを示し、まず、ステップS1で、コンピュータ10の表示装置15に表示される図24の画面W2上で、冷却水管路が配設されている区間に、該管路やケーブルを含めて洞道を横断する複数の解析面を設定する。その場合に、図25に示すように、冷却水供給装置7に最も近い位置に最初の解析面A(位置0.00)を設定し、管路6の折り返し点に向かって順次後続の解析面B、C、Dの位置を入力する。   FIG. 23 shows a flowchart of the main routine of this cooling tunnel model. First, in step S1, the cooling water conduit is arranged on the screen W2 of FIG. 24 displayed on the display device 15 of the computer 10. A plurality of analysis planes that cross the sinus including the pipes and cables are set in the section. In that case, as shown in FIG. 25, the first analysis plane A (position 0.00) is set at a position closest to the cooling water supply device 7, and the subsequent analysis planes sequentially toward the turning point of the pipe 6. Enter the B, C, and D positions.
次に、メインルーチンのステップS2で、解析面上における洞道、ケーブル、冷却水管路の配置や洞道周辺の構成等、洞道構成の設定を行う。この設定は、図26に示す画面W3上で、次のように行われる。   Next, in step S2 of the main routine, the configuration of the cave, such as the arrangement of the cave, cable, and cooling water conduit on the analysis surface and the configuration around the cave, is set. This setting is performed as follows on the screen W3 shown in FIG.
まず、解析面の番号、及び所定の解析領域の基準点に対する洞道基準点の位置(X座標)を入力した後、洞道のサイズとして、幅、高さ、壁厚、及び深さ(解析領域の基準点に対する洞道基準点のY座標)を入力する。   First, after inputting the number of the analysis surface and the position (X coordinate) of the sinus reference point with respect to the reference point of the predetermined analysis area, the size, width, height, wall thickness, and depth (analysis) of the sinus Enter the Y-coordinate of the cave reference point with respect to the reference point of the area.
次に、洞道周囲の土層について、その幅及び深さを設定する。この幅及び深さで示される領域が、当該解析面における解析領域となる。その場合に、自動設定チェックボックスをオンにすれば、この解析領域が洞道サイズ等に基づいて自動的に設定されるようになっている。また、土壌の種類が異なる土層が複数ある場合には、各層ごとに層厚を入力することになる(最下層の層圧は、上層の層圧と深さとから算出される)。   Next, the width and depth of the soil layer around the cave are set. An area indicated by the width and depth is an analysis area on the analysis surface. In this case, if the automatic setting check box is turned on, the analysis area is automatically set based on the size of the sinus. In addition, when there are a plurality of soil layers having different types of soil, the layer thickness is input for each layer (the lowermost layer pressure is calculated from the upper layer pressure and depth).
また、ケーブルについては、線路数と、各線路についての1相布設タイプや3条俵積タイプ等の構成と、洞道内における配設位置(X座標、Y座標)と、各線路を構成するケーブルの電圧、種類、及びサイズ(芯数)等を設定する。このとき、ケーブルデータベースDB6から設定したケーブルについての各種データが読み出され、後の有限要素分割や解析に用いられる。図例の場合、線路数3で、各線路3条俵積タイプの場合を示している (図28参照)。   In addition, for cables, the number of lines, the configuration of one-phase laying type and three-strip product type for each line, the arrangement position (X coordinate, Y coordinate) in the cave, and the cable constituting each line Set the voltage, type, size (number of cores), etc. At this time, various data about the cable set from the cable database DB6 is read and used for subsequent finite element division and analysis. In the case of the example shown in FIG. 28, the number of lines is 3 and each line has a triple-row type (see FIG. 28).
さらに、冷却水管路については、管路の数、各管路についてのGo管及びRe管の中心位置、管路タイプを設定する。そして、管路タイプを設定することにより、その内、外径が管路寸法データベースDB5から読み出されて表示されるようになっている。   Further, for the cooling water pipeline, the number of pipelines, the center positions of the Go and Re tubes for each pipeline, and the pipeline type are set. And by setting a pipe line type, the outer diameter is read from the pipe line dimension database DB5 and displayed.
これにより、解析領域における洞道に関する構成、及びその周囲の洞道壁や土層に関する構成、洞道内のケーブル及び冷却水管路の構成等、洞道及びその内外の構成が確定されることになり、その領域を有限要素分割してなる有限要素解析モデルが自動作成され、モデル全体が、図27に示すように画面W4に表示され、その要部が、図28に示すように画面W5に表示される。   As a result, the configuration related to the cave in the analysis region, the configuration related to the cave walls and soil layers around the cave, the configuration of cables and cooling water pipes in the cave, etc. are determined. Then, a finite element analysis model obtained by dividing the region into finite elements is automatically created, and the entire model is displayed on the screen W4 as shown in FIG. 27, and its main part is displayed on the screen W5 as shown in FIG. Is done.
次に、メインルーチンのステップS3として、図29の画面W6上で土壌データを設定する。つまり、この画面W6に表示される入力用フォームには、記録装置14に記録されている土壌熱定数データベースDB1から読み出された土壌の種類がプルダウンメニューに表示されるので、その中から今回の解析対象となる土壌の種類を指定する。このとき、前記土壌熱定数データベースDB1から読み出されたその土壌の質量密度、比熱、熱抵抗等の熱定数が表示される。なお、土層が複数設定されている場合には、各土層ごとに種類を指定することになる。   Next, as step S3 of the main routine, soil data is set on the screen W6 of FIG. That is, in the input form displayed on the screen W6, the type of soil read from the soil heat constant database DB1 recorded in the recording device 14 is displayed in the pull-down menu, and from this time, the current form is displayed. Specify the type of soil to be analyzed. At this time, the thermal constants such as the mass density, specific heat, and thermal resistance of the soil read from the soil thermal constant database DB1 are displayed. When a plurality of soil layers are set, the type is designated for each soil layer.
次に、メインルーチンのステップS4として、図30に示す画面W7上で洞道データを設定する。つまり、この画面W7に表示される入力用フォームには、記録装置14に記録されている洞道壁熱定数データベースDB2から読み出された洞道壁材料の種類がプルダウンメニューに表示されるので、その中から今回の解析対象となる洞道壁材料の種類を指定する。このとき、前記洞道壁熱定数データベースDB2から読み出されたその洞道壁材料の質量密度、比熱、熱抵抗等の熱定数が表示される。   Next, as step S4 of the main routine, the sinus road data is set on the screen W7 shown in FIG. That is, in the input form displayed on the screen W7, the type of the sinus wall material read from the sinus wall thermal constant database DB2 recorded in the recording device 14 is displayed in the pull-down menu. Specify the type of cave wall material to be analyzed this time. At this time, the thermal constants such as mass density, specific heat, thermal resistance, etc., of the cavernous wall material read from the cavernous wall thermal constant database DB2 are displayed.
以上のようにして、画面W2で設定した複数の解析面の全てに対して、各種の設定を繰り返し行うことになるが、洞道及びその内外の構成要素の位置や形状等が全解析面で同一である場合には、画面W2において全解析面同一形状のチェックボックスをオンにすることにより、最初の解析面Aについて設定した構成がそのまま他の解析面いついても設定されることになる。   As described above, various settings are repeatedly performed on all of the plurality of analysis surfaces set on the screen W2. However, the positions and shapes of the cave and its internal and external components are all on the analysis surface. If they are the same, the configuration set for the first analysis plane A is set as it is for the other analysis planes by turning on the check boxes of the same shape on all the analysis planes on the screen W2.
そして、ステップS5で、全解析面に対する洞道及びその内外の構成を設定すれば、次に、ステップS6で、換気条件等の空気の移動に関するデータを設定する。この設定は、図31に示す画面W8上で行われ、まず、換気の起動及び停止のタイムスケジュールを設定し、また、換気起動時の風速、停止時の風速をそれぞれ設定する。   In step S5, once the sinus and the internal / external configuration for all analysis planes are set, in step S6, data relating to air movement such as ventilation conditions is set. This setting is performed on a screen W8 shown in FIG. 31. First, a time schedule for starting and stopping ventilation is set, and a wind speed at the time of starting ventilation and a wind speed at the time of stopping are set.
その場合に、換気停止時については、完全に空気の移動が停止する場合と、自然に流れが発生する場合とがあるので、それらの場合の風速(0又は0より大きな値)を入力し、後者の場合には、換気起動時の流れの方向と同方向か逆方向かを指定する。また、洞道内空気の物性として、流動空気か静止空気かを指定し、さらに、洞道内空気の初期温度を設定する。なお、この初期温度については、気温データを参照して自動設定することもできるようになっている。   In that case, when the ventilation is stopped, there are cases where the movement of air completely stops and there is a case where a flow naturally occurs. Therefore, enter the wind speed in those cases (a value greater than 0 or 0), In the latter case, specify the direction of the flow at the start of ventilation or the reverse direction. In addition, as the physical property of the air in the cave, whether it is flowing air or still air is specified, and further, the initial temperature of the cave air is set. The initial temperature can be automatically set with reference to the temperature data.
次に、メインルーチンのステップS7で、冷却起動条件等の冷却水の移動に関するデータを設定する。この設定は、図32に示す画面W9を用いて行われ、冷却水の起動条件をケーブル通電電流かケーブル表面温度のいずれにするかを選択し、通電電流を選択したときには、冷却を開始する電流値と冷却を終了する電流値とを設定し、表面温度を選択したときは、冷却を開始する温度と冷却を終了する温度とを設定する。図例の場合、ケーブル表面温度の解析値が60℃を超えたときに冷却水を起動し、40℃まで低下すれば冷却水を停止することを示している。   Next, in step S7 of the main routine, data relating to the movement of the cooling water such as the cooling start condition is set. This setting is performed using the screen W9 shown in FIG. 32. When the activation condition of the cooling water is selected from the cable energization current or the cable surface temperature, and the energization current is selected, the current for starting the cooling is selected. When the surface temperature is selected by setting the value and the current value at which the cooling is finished, the temperature at which the cooling is started and the temperature at which the cooling is finished are set. In the case of the illustrated example, the cooling water is activated when the analysis value of the cable surface temperature exceeds 60 ° C., and the cooling water is stopped when the analysis value decreases to 40 ° C.
また、この画面W9では、冷却水の供給温度(入口温度)及び供給流量と、冷却水管路の折り返し部において、最終解析面上におけるGo管とRe管とで冷却水温度を同じにするか、Go管からRe管への温度の受け渡しを考慮するかを選択し、後者の場合は、最終解析面上におけるGo管からRe管までの冷却水の到達時間を入力するようになっている。   In this screen W9, whether the cooling water temperature is the same between the Go pipe and the Re pipe on the final analysis surface in the cooling water supply temperature (inlet temperature) and the supply flow rate, and the folded portion of the cooling water pipe, Whether to consider the temperature transfer from the Go pipe to the Re pipe is selected. In the latter case, the arrival time of the cooling water from the Go pipe to the Re pipe on the final analysis surface is input.
以上の冷却水データの設定は、冷却水管路が複数ある場合には各管路ごとに行い、ステップS8で全管路についての設定の終了を判定するまで繰り返し実行する。   The setting of the above cooling water data is performed for each pipe line when there are a plurality of cooling water pipe lines, and is repeatedly executed until it is determined in step S8 that the setting for all the pipe lines has been completed.
さらに、メインルーチンのステップS9で、図33に示す画面W10を用いて通電条件の設定を行う。この画面W10には、線路番号ごとに、先に設定した線路構成等が表示される。そこで、番号が表示された線路について、ケーブルに通電する最大電流を入力すると共に、年上昇を考慮するか否かを選択し、考慮する場合には年上昇率を入力する。   Further, in step S9 of the main routine, energization conditions are set using a screen W10 shown in FIG. On this screen W10, the previously set track configuration and the like are displayed for each track number. Therefore, for the line indicated by the number, the maximum current to be applied to the cable is input, and whether or not to consider the yearly increase is selected, and when it is considered, the yearly increase rate is input.
また、メインルーチンのステップS10で、図34に示す画面W11を用いて、解析対象地域に関するデータ、つまり、シミュレーションを行う地域とシミュレーションを開始する月とを設定する。これは、シミュレーション開始時に解析面の全領域の節点温度の初期値として、地温データベースDB9から読み出した当該地域各深さのシミュレーション開始月の地温を与え、かつ、気象データベースDB10から解析対象地域の各日時の気象データを読み出すためである。なお、解析開始等同時に空気や冷却水が移動を開始し、或いはこれらが移動している状態で解析を開始するときは、画面W8、W9で予め設定されている洞道内空気の初期温度及び冷却水の入口温度が用いられる。   In step S10 of the main routine, data relating to the analysis target area, that is, the area where the simulation is performed and the month when the simulation is started are set using the screen W11 shown in FIG. This gives the ground temperature of the simulation start month at each depth of the area read from the ground temperature database DB9 as the initial value of the nodal temperature of the entire area of the analysis surface at the start of the simulation, and each of the analysis target areas from the weather database DB10. This is because the weather data of the date and time is read out. In addition, when air or cooling water starts moving at the same time as the start of analysis, or when analysis is started while these are moving, the initial temperature and cooling of the air in the cave preset in screens W8 and W9. Water inlet temperature is used.
さらに、メインルーチンのステップS11で、図35に示す画面W12を用いて解析条件を設定する。即ち、この画面W12上で、今回のシミュレーションが初期解析であるかリスタート解析であるかを選択する。初期解析の場合は、解析期間を年数または終了時刻で指定すると共に、解析時間間隔の単位、例えば時間、日、月等と、計算結果の出力時間間隔を設定する。ここで、出力時間間隔は、解析周期Δtごとに行われる全解析の結果の出力か、別途入力する時間間隔かのいずれかを選択する。   Further, in step S11 of the main routine, analysis conditions are set using a screen W12 shown in FIG. That is, on this screen W12, it is selected whether this simulation is an initial analysis or a restart analysis. In the case of the initial analysis, the analysis period is specified by the number of years or the end time, and the unit of the analysis time interval, for example, time, day, month, and the output time interval of the calculation result are set. Here, as the output time interval, either the output of the results of all analyzes performed every analysis period Δt or the time interval separately input is selected.
一方、リスタート解析の場合は、前記の設定に加えて、リスタートの基礎となるプロジェクトの名称及びそのプロジェクトを格納している記録装置14内の場所を指定すると共に、基礎となるプロジェクトの継続か中間時点からのリスタートかのいずれかを選択し、後者の場合は、リスタートする時点を指定する。また、リスタートに際して通電条件を変更する場合は、図33に示す画面W10で、通電電流の条件を再設定することになる。   On the other hand, in the case of restart analysis, in addition to the above settings, the name of the project to be the basis of restart and the location in the recording device 14 storing the project are designated, and the continuation of the base project is continued. Or restart from an intermediate time point, and in the latter case, the restart point is designated. When the energization condition is changed at the restart, the energization current condition is reset on the screen W10 shown in FIG.
以上のようにして、すべての設定が終了し、設定されたデータがメモリ17に記録されると、メインルーチンのステップS12として、コンピュータ10の中央処理装置11がケーブルの導体温度シミュレーションのための解析処理を実行する。   As described above, when all the settings are completed and the set data is recorded in the memory 17, the central processing unit 11 of the computer 10 analyzes for the conductor temperature simulation of the cable as step S12 of the main routine. Execute the process.
この処理動作については、改めて詳述するが、その解析処理が終了すれば、ステップS13として、その結果が例えば図36〜図38に示すように、コンピュータ10の表示装置15に表示され、また、要求に応じて印刷装置16によってプリントアウトされる。   This processing operation will be described in detail again. When the analysis processing is completed, the result is displayed on the display device 15 of the computer 10 as shown in FIGS. Printed out by the printer 16 on demand.
ここで、図36の画面W13は、解析開始後、所定時間経過時における洞道周辺の温度分布を示すものであり、図37の画面W14は、解析開始時からの洞道内空気温度の変化を示すものであり、図38の画面W15は、解析開始時からのケーブル導体温度の変化を示すものである。   Here, the screen W13 in FIG. 36 shows the temperature distribution around the sinus when a predetermined time has elapsed after the start of analysis, and the screen W14 in FIG. 37 shows the change in air temperature in the sinus from the start of analysis. The screen W15 of FIG. 38 shows the change in the cable conductor temperature from the start of analysis.
次に、前記メインルーチンのステップS12の解析処理実行時の動作を図39以下のサブルーチンのフローチャートに従って説明する。ここで、以下の説明では、図25に示すように、洞道及び冷却水管路を横断する4つの解析面A〜Dが設定されているものとする。   Next, the operation at the time of execution of the analysis processing in step S12 of the main routine will be described with reference to the flowchart of the subroutine in FIG. Here, in the following description, as shown in FIG. 25, it is assumed that four analysis planes A to D crossing the cave and the cooling water pipe are set.
まず、図39のフローチャートのステップS21で、メモリ17に記録され或いは記録装置14に記録されているデータベースから必要なデータを読み込み、次いでステップS22で、現時刻tに初期値0をセットする。   First, in step S21 of the flowchart of FIG. 39, necessary data is read from the database recorded in the memory 17 or recorded in the recording device 14, and then in step S22, an initial value 0 is set at the current time t.
そして、ステップS23で、現時点が予め図31の画面W8で設定した換気スケジュール等にてらして換気起動条件が成立しているか否かを判定し、成立している場合は、ステップS24で、風速を前記画面W8で設定した換気起動時の値にセットし、換気条件が成立していない場合は、ステップS25で、同じく画面W8で設定した換気停止時の値にセットする。   In step S23, it is determined whether or not the ventilation activation condition is established based on the ventilation schedule or the like set in advance on the screen W8 in FIG. 31, and if so, the wind speed is set in step S24. The ventilation start value set on the screen W8 is set, and if the ventilation condition is not satisfied, the ventilation stop value similarly set on the screen W8 is set in step S25.
次に、ステップS26で、解析時間間隔(解析周期)Δtを設定すると共に、各解析面間での空気移動時間及び冷却水移動時間のうちの最も長い最長移動時間Δtcを算出する。これらの移動時間は、空気については、各解析面間の距離と風速とに基づいて、冷却水については、各解析面間の距離と流量と管路断面積とに基づいて、それぞれ算出される。   Next, in step S26, an analysis time interval (analysis period) Δt is set, and the longest longest movement time Δtc among the air movement time and the cooling water movement time between the respective analysis surfaces is calculated. These travel times are calculated based on the distance between the analysis surfaces and the wind speed for air, and based on the distance between the analysis surfaces, the flow rate, and the pipe cross-sectional area for cooling water. .
また、ステップS27で、現在、洞道内空気の風速が0より大という条件と、予め図32の画面W9で設定した冷却起動条件の少なくとも一方が成立しているか否かを判定する。そして、少なくとも一方の条件が成立しているとき、即ち洞道内空気又は冷却水の少なくとも一方が移動しているときは、ステップS28で、現在の時刻tを流体の温度受渡し基準時刻tpにセットする。なお、前記両条件とも成立していないとき、即ち洞道内空気及び冷却水の両者とも移動していないときは、この基準時刻tpのセットは行われない。   In step S27, it is determined whether at least one of the condition that the wind speed of the air in the cave is currently greater than 0 and the cooling start condition set in advance on the screen W9 in FIG. 32 are satisfied. When at least one of the conditions is satisfied, that is, when at least one of the air in the cave or the cooling water is moving, the current time t is set to the fluid temperature delivery reference time tp in step S28. . Note that when neither of the above conditions is satisfied, that is, when neither the air in the cave nor the cooling water is moving, the reference time tp is not set.
そして、ステップS29で、時刻tに解析周期Δtを加算し、これを現時刻tとすると共に、ステップS30で、その時刻tが解析終了時刻に達しているか否かを判定する。   In step S29, the analysis period Δt is added to the time t, and this is set as the current time t. In step S30, it is determined whether or not the time t has reached the analysis end time.
解析開始当初は解析終了時刻に達していないから、次にステップS31を実行することになり、各解析面のそれぞれについて、前回の解析時刻(t-Δt)での解析領域内の全節点の温度から、現時刻tにおける全節点の温度を計算する。   Since the analysis end time has not been reached at the beginning of the analysis, step S31 is executed next, and the temperature of all nodes in the analysis region at the previous analysis time (t-Δt) for each analysis surface. From the above, the temperatures of all nodes at the current time t are calculated.
最初の解析時は、各節点の温度は初期値、即ち、洞道内空気を代表する節点については、図31に画面W8で設定した初期温度又は地温データベースDB9から読み取った深さ等に応じた地温、冷却水を代表する節点については、図32の画面W9で設定した入口温度又は深さ等に応じた地温、その他の節点については深さ等に応じた地温であり、これらの値から現在の温度を求めることになる。   At the time of the first analysis, the temperature of each node is the initial value, that is, for the node representing the air in the cave, the ground temperature corresponding to the initial temperature set in the screen W8 in FIG. 31 or the depth read from the ground temperature database DB9, etc. For the nodes that represent the cooling water, the ground temperature according to the inlet temperature or depth set on the screen W9 in FIG. 32, and the other nodes are the ground temperature according to the depth, etc. The temperature will be determined.
この前回解析時の値(又は初期値)から時間Δt後の現時刻tにおける各節点の温度を求める計算は、前述した式(1)〜(5)で示す理論に基き、図40にフローチャートを示すサブルーチンによって次のように行われる。ここで、熱容量マトリクス[C]及び熱伝導マトリクス[K]は温度及び時間に対する依存性を有しないものとし、前述の式(3)における[C]t″、[K]t″の各項の値は、いずれも各要素の熱定数を記録したデータベースDB1、DB2、DB3、DB4、DB6等から読み取られる値に基づいて算出される固定値とする。 The calculation for obtaining the temperature of each node at the current time t after the time Δt from the value (or initial value) at the time of the previous analysis is based on the theory shown in the above formulas (1) to (5), and the flowchart shown in FIG. This is done as follows by the subroutine shown. Here, it is assumed that the heat capacity matrix [C] and the heat conduction matrix [K] have no dependency on the temperature and time, and each of the terms [C] t ″ and [K] t ″ in the above equation (3). The values are all fixed values calculated based on values read from the databases DB1, DB2, DB3, DB4, DB6, etc. in which the thermal constants of each element are recorded.
まず、ステップS41で、画面W4や画面W5に示すように有限要素分割された解析モデルについて、前記データベースから読み出した各要素の質量密度、比熱、及び比熱容量等のデータを用い、全解析対象領域にわたる各節点間の熱容量を算出し、これを各項の値とする熱容量マトリクス[C]を作成する。   First, in step S41, for the analysis model divided into finite elements as shown in the screen W4 and the screen W5, using the data such as the mass density, specific heat, and specific heat capacity of each element read from the database, The heat capacity between the nodes is calculated, and a heat capacity matrix [C] is created with this value as the value of each term.
また、ステップS42で、同じく前記データベースから読み出した各要素の熱抵抗、固有熱抵抗等のデータを用い、全解析領域にわたる各節点間の熱伝導率を算出し、これを各項の値とする熱伝導マトリクス[K]を作成する。   In step S42, the thermal conductivity between the nodes over the entire analysis region is calculated using the data of the thermal resistance, intrinsic thermal resistance, etc. of each element read out from the database, and this is used as the value of each term. A heat conduction matrix [K] is created.
さらに、ステップS43で、当該時点における熱荷重ベクトル[Q]を作成する。この熱荷重ベクトル[Q]の各項のうち、地表面に位置する節点に対応する項の値q1は、気象データベースDB10から読み出した該当する地域の当該時点の気象データを用い、前述の式(4)に従って算出される熱収支量に基づいて設定される。   Further, in step S43, a thermal load vector [Q] at the time is generated. Among the terms of this thermal load vector [Q], the value q1 of the term corresponding to the node located on the ground surface is obtained by using the above-mentioned formula ( It is set based on the heat balance amount calculated according to 4).
また、ケーブルの導体内に位置する節点に対応する項の値q2は、負荷率データベースDB11から読み出した該当する月、曜日、時間の負荷率と図33の画面W10上で設定した最大電流及び年上昇率とから当該時点の通電電流を算出すると共に、その電流値と、ケーブルデータベースDB6から読み出した該当するケーブルのRACのデータとを用いて、前述の式(5)から算出される内部発熱量に基づいて設定される。   Moreover, the value q2 of the term corresponding to the node located in the conductor of the cable is the load factor of the corresponding month, day of the week, and time read from the load factor database DB11 and the maximum current and year set on the screen W10 of FIG. The energization current at that time is calculated from the rate of increase, and the internal heating value calculated from the above equation (5) using the current value and the RAC data of the corresponding cable read from the cable database DB6. Is set based on
さらに、洞道内における空気接触面の節点及び洞道内空気を代表する節点に対応する項の値q3、q4は、前回の解析によって得られた空気接触面の各接点の温度Tfx(x=1、2…)と空気温度Taとに基づき、前述の式(6)、(7)からそれぞれ求められ、同様に、冷却水管路内面の節点及び冷却水を代表する節点に対応する項の値q5、q6は、前回の解析によって得られた管路内面の各接点の温度Tgx(x=1、2…)と冷却水温度Twとに基づき、前述の式(8)、(9)からそれぞれ求められる。   Further, the values q3 and q4 of the terms corresponding to the nodes of the air contact surface in the sinus and the nodes representative of the air in the sinus are the temperatures Tfx (x = 1, 2 ...) and the air temperature Ta, respectively, are obtained from the above-described equations (6) and (7), and similarly, the value q5 of the term corresponding to the node on the inner surface of the cooling water pipe and the node representing the cooling water, q6 is obtained from the above-described equations (8) and (9) based on the temperature Tgx (x = 1, 2,...) of each contact point on the inner surface of the pipe and the cooling water temperature Tw obtained by the previous analysis. .
また、前記以外の土層中等に位置する節点に対応する項の値は0とされ、これにより、現時点における熱荷重ベクトル[Q]の各項の値が設定される。そして、この熱荷重ベクトル[Q]を前述の式(3)における[Q]t″とする。 In addition, the value of the term corresponding to the node located in the soil layer other than the above is set to 0, whereby the value of each term of the thermal load vector [Q] at the present time is set. Then, this thermal load vector [Q] is set to [Q] t ″ in the above equation (3).
以上のようにして、熱容量マトリクス[C]、熱伝導マトリクス[K]、及び熱荷重ベクトル[Q]t″が作成されると、次にステップS44で、前述の式(3)にこれらを代入し、時刻tでの節点温度ベクトル[θ]から、時間Δt後の節点温度ベクトル[θ]t′を求める。 When the heat capacity matrix [C], the heat conduction matrix [K], and the thermal load vector [Q] t ″ are created as described above, next, in step S44, these are substituted into the above equation (3). and, from the node temperature vector [theta] t at time t, determining the nodal temperature vector after time Δt [θ] t '.
つまり、温度ベクトル[θ]の各項の値として、まず、前述の初期値を代入することにより、節点温度ベクトルの初期値[θ]t=0を作成し、また、各項の値が0の節点温度の時間微分ベクトルの初期値[dθ/dt]t=0を作成すれば、これらを基礎としてΔt時間後の温度ベクトル[θ]t′が順次計算されることになる。そして、ステップS45で、このΔt時間後の温度ベクトル[θ]t′をメモリ17に記録する。 That is, as the value of each term of the temperature vector [θ] t , first, the initial value [θ] t = 0 of the nodal temperature vector is created by substituting the initial value described above, and the value of each term is If the initial value [dθ / dt] t = 0 of the time differential vector of 0 node temperature is created, the temperature vector [θ] t ′ after Δt time is sequentially calculated based on these values. In step S45, the temperature vector [θ] t ′ after Δt time is recorded in the memory 17.
このようにして、図38のフローチャートのステップS31で、各解析面A〜Dのそれぞれについて、解析領域内の全節点の温度が周期Δtごとに計算されることになる。   In this way, in step S31 of the flowchart of FIG. 38, the temperatures of all nodes in the analysis region are calculated for each period Δt for each of the analysis surfaces A to D.
次に、ステップS32で、現在、洞道内空気の風速が0より大という条件と、予め設定した冷却起動条件の少なくとも一方が成立しているか否かを判定する。そして、両条件とも成立していないとき、即ち洞道内空気及び冷却水の両者とも移動していないときは、ステップS33以下の温度の受け渡し処理を実行することなく、ステップS23〜S31を繰り返し実行する。つまり、この場合は、毎解析周期Δtごとに、各解析面A〜Dのそれぞれについて、全節点の温度を他の解析面から独立して順次求めることになる。   Next, in step S32, it is determined whether or not at least one of a condition that the wind speed of the air in the cave is currently greater than 0 and a preset cooling start condition is satisfied. And when both conditions are not satisfied, that is, when neither the air in the cave and the cooling water are moving, Steps S23 to S31 are repeatedly executed without executing the temperature transfer process after Step S33. . That is, in this case, for each analysis surface A to D, the temperatures of all nodes are sequentially obtained independently from the other analysis surfaces for each analysis period Δt.
一方、前記両条件の少なくとも一方が成立しているとき、即ち洞道内空気又は冷却水の少なくとも一方が移動しているときは、ステップS33で、現時刻tが、ステップS28でセットした温度受渡し基準時刻TpにステップS26で算出した流体の最長移動時間Δtcを加えた時刻(tp+Δtc)を超えているか否かを判定する。そして、この時刻(tp+Δtc)を超えていなければ、ステップS29〜S31を繰り返し実行し、毎解析周期Δtごとに、ステップS31により、各解析面A〜Dについて、前回解析時の各節点温度から現時刻tの節点温度を順次計算する。   On the other hand, when at least one of the two conditions is satisfied, that is, when at least one of the air in the cave or the cooling water is moving, in step S33, the current time t is the temperature delivery reference set in step S28. It is determined whether or not the time (tp + Δtc) obtained by adding the longest movement time Δtc of the fluid calculated in step S26 to the time Tp is exceeded. If this time (tp + Δtc) has not been exceeded, steps S29 to S31 are repeatedly executed, and at each analysis period Δt, for each analysis surface A to D, from each node temperature at the time of the previous analysis, step S31 is executed. The node temperature at time t is calculated sequentially.
そして、現時刻tが前記温度受渡し基準時刻tpに最長移動時間Δtcを加えた時刻(tp+Δtc)を超えた時点で、流体の温度受け渡し処理を行う。   Then, when the current time t exceeds the time (tp + Δtc) obtained by adding the longest movement time Δtc to the temperature delivery reference time tp, the fluid temperature delivery process is performed.
即ち、まずステップS34で洞道内空気が移動中か否かを判定し、移動中の場合は、ステップS35で上流側の解析面から下流側の解析面への空気温度の受け渡し処理を実行し、また、ステップS36で冷却水が移動中か否かを判定し、移動中の場合は、ステップS37で同じく上流側の解析面から下流側の解析面への冷却水温度の受け渡し処理を実行する。この場合は、洞道内空気の風速が0より大の条件又は冷却起動条件の少なくとも一方が成立しているので、ステップS35の空気温度の受け渡し処理、又はステップS37の冷却水温度の受け渡し処理の少なくとも一方は必ず実行されることになる。   That is, first, in step S34, it is determined whether or not the air in the cave is moving. If it is moving, the air temperature is transferred from the upstream analysis surface to the downstream analysis surface in step S35. In step S36, it is determined whether or not the cooling water is moving. If the cooling water is moving, the process of transferring the cooling water temperature from the upstream analysis surface to the downstream analysis surface is executed in step S37. In this case, since at least one of the condition that the wind speed of the air in the cave is greater than 0 or the cooling start condition is satisfied, at least the air temperature transfer process of step S35 or the cooling water temperature transfer process of step S37 is performed. One will always be executed.
以上のようにして、洞道内空気及び冷却水の両者とも移動していないときは、毎解析周期ごとに各解析面ごとに独立した節点温度の計算を行うと共に、洞道内空気又は冷却水の少なくとも一方が移動しているときは、その移動開始時にセットした温度受渡し基準時刻tpから、移動している流体の各解析面間での最長移動時間Δtcが経過するまでは、前記の場合と同様に、毎解析周期ごとに各解析面ごとに独立した節点温度の計算を行う。そして、基準時刻tpから最長移動時間Δtcが経過した直後の解析周期、即ち移動している流体が全ての解析面間で移動を終了した周期で、洞道内空気又は冷却水の少なくとも一方についての温度の受け渡し処理を行う。   As described above, when both the air in the cave and the cooling water are not moving, the node temperature is calculated independently for each analysis surface every analysis cycle, and at least the air in the cave or the cooling water is at least When one is moving, from the temperature delivery reference time tp set at the start of the movement, until the longest movement time Δtc between the analysis surfaces of the moving fluid elapses, the same as in the above case Independently, the temperature of the nodal point is calculated for each analysis surface every analysis cycle. Then, the temperature of at least one of the air in the cave or the cooling water in the analysis cycle immediately after the longest movement time Δtc has elapsed from the reference time tp, that is, the cycle in which the moving fluid has finished moving between all analysis surfaces. Perform the delivery process.
そして、この受け渡し処理が終了した時点で、なおも洞道内空気又は冷却水の少なくとも一方が移動しているときは、ステップS28で、その時刻tを改めて温度受渡し基準時刻tpに設定した上で、その時刻から流体の最長移動時間Δtcが経過した直後の解析周期で、再度受け渡し処理を行うことになる。このようにして、流体が移動している間は、全解析面間でその移動が終了した周期ごとに移動した流体の温度の受け渡し処理を行う。これにより、流体の移動に伴う温度の移動を反映して各解析面における節点温度が計算されることになる。   Then, when at least one of the air in the cave or the cooling water is still moving at the time when the delivery process is completed, in step S28, after setting the time t to the temperature delivery reference time tp again, The transfer process is performed again in the analysis cycle immediately after the longest movement time Δtc of the fluid has elapsed since that time. In this way, while the fluid is moving, the process of transferring the temperature of the fluid that has moved at every cycle in which the movement has ended between all the analysis surfaces is performed. Thereby, the node temperature in each analysis surface is calculated reflecting the movement of the temperature accompanying the movement of the fluid.
次に、前記ステップS35の洞道内空気温度の受け渡し処理、及びステップS37の冷却水温度の受け渡し処理の具体的動作を説明する。   Next, specific operations of the air temperature passing process in step S35 and the cooling water temperature transferring process in step S37 will be described.
まず、洞道内空気温度の受け渡し処理を説明すると、この処理は図41にフローチャート示すサブルーチンにより行われ、まず、ステップS51で、最も上流側の解析面Aにおける空気温度Tを予め設定された初期温度Taoにセットする。 First of all, when describing the transfer process of the sinus tract air temperature, this process is performed by a subroutine shown flowchart in FIG. 41, the initial firstly, in step S51, a preset air temperature T A in the analysis plane A on the most upstream Set to temperature Tao.
そして、この初期温度Taoに基づいて、ステップS52で解析面Bの空気温度Tを算出することになるが、この算出は、図42にフローチャートを示すサブルーチンに従って行われ、まず、ステップS61で、解析面A、B間の空気の移動時間Δtabを予め計算して記録してあるメモリ17から読み出し、次いで、ステップS62で、この移動時間Δtabが、iΔtよりも大きく、(i+1)Δtよりも小さくなるiを求める。つまり、空気が移動開始した時刻tpからカウントして、何回目と何回目の解析周期の間に時間Δtabが経過するかを求めるのである。 Then, based on the initial temperature Tao, but will calculate the air temperature T B of the analysis plane B at step S52, the calculation is performed according to a subroutine shown by a flow chart of FIG. 42, first, at step S61, The movement time Δtab of the air between the analysis planes A and B is read from the memory 17 that has been calculated and recorded in advance. Next, in step S62, the movement time Δtab is larger than iΔt and smaller than (i + 1) Δt. I is obtained. That is, counting from the time tp when the air starts to move, the number of times and how many times the analysis period elapses are obtained.
そして、ステップS63で、基準時刻tpからカウントしてi回目の解析周期(時刻:tp+iΔt)で計算した空気温度TAiと、(i+1)回目の解析周期(時刻:tp+(i+1)Δt)で計算した空気温度TA(i+1)とをメモリ17から読み出し、図43に示すように、これらの値を線形補間して、解析面Aの時刻(tp+Δtab)における空気温度を算出し、これを解析面Bにおける温度受け渡し処理実行周期の空気温度Tとする。 In step S63, the air temperature T Ai counted from the reference time tp and calculated in the i-th analysis cycle (time: tp + iΔt) and the (i + 1) -th analysis cycle (time: tp + (i + 1) Δt) are calculated. the air temperature T a (i + 1) read from the memory 17, as shown in FIG. 43, these values by linear interpolation, to calculate the air temperature at time (tp + Δtab) analysis plane a, analyzed surface this Let B be the air temperature TB of the temperature transfer process execution cycle in B.
今、例えば解析面A、B間の空気の移動時間Δtabが、解析周期Δtの倍数で表示したときに、0.6Δtであるとすると、i=0となり、この場合、空気移動開始時刻(基準時刻)tpの周期で解析面Aで計算された空気温度Tと、次の周期(時刻:tp+Δt)で計算された空気温度Tとを、6:4の内分比で補間した値が今回の受け渡し周期での解析面Bの空気温度Tとなる。 Now, for example, when the air movement time Δtab between the analysis surfaces A and B is displayed as a multiple of the analysis period Δt, if it is 0.6Δt, i = 0, and in this case, the air movement start time (reference time) and the air temperature T a that is calculated by the analysis plane a with a period of tp, the next cycle (time: a tp + Delta] t) air temperature T a that is computed by, 6: the values interpolated by interior division ratio of 4 the air temperature T B of the analysis plane B in this transfer cycle.
以下、同様にして、図41のフローチャートのステップS53では、解析面B、C間の空気移動時間Δtbcについて、ステップS54では、解析面C、D間の空気の移動時間Δtcdについて、それぞれ図42のフローチャートに示す処理と同様の処理を行い、解析面C、Dの受け渡し処理後の空気温度T、Tを算出する。 Similarly, in step S53 of the flowchart of FIG. 41, the air movement time Δtbc between the analysis surfaces B and C is shown in FIG. 42, and in step S54, the air movement time Δtcd between the analysis surfaces C and D is shown in FIG. Processing similar to the processing shown in the flowchart is performed, and the air temperatures T C and T D after the transfer processing of the analysis surfaces C and D are calculated.
このようにして、受け渡し周期ごとに、上流側の解析面における空気温度が、次の解析面まで空気が移動するまでに要した時間の間に何度に変化したかを算出し、その算出した温度を、当該受け渡し周期で、次の解析面において計算した温度に置き換えて、その解析面の空気温度とするのである。   In this way, for each delivery cycle, calculate how many times the air temperature on the upstream analysis surface changed during the time required for the air to move to the next analysis surface, and the calculation The temperature is replaced with the temperature calculated in the next analysis plane in the delivery cycle to obtain the air temperature of the analysis plane.
なお、以上の説明は洞道内空気が解析面A側から解析面Dに向かって移動している場合であるが、解析面D側から解析面Aに向かって移動する場合の空気温度の受け渡し処理は図44のフローチャートに従って行われる。   Although the above explanation is for the case where the air in the cave is moving from the analysis surface A side toward the analysis surface D, the air temperature passing process when moving from the analysis surface D side toward the analysis surface A is described. Is performed according to the flowchart of FIG.
即ち、まず、ステップS71で、最も上流側の解析面Dにおける空気温度Tを予め設定された初期温度Taoにセットする。そして、この初期温度Taoに基づいて、ステップS72で解析面Cの空気温度Tを算出する。 That is, first, in step S71, is set to a preset initial temperature Tao of air temperature T D in the analysis plane D on the most upstream side. Based on the initial temperature Tao, the air temperature TC of the analysis surface C is calculated in step S72.
この温度Tの算出は、図45にフローチャートを示すサブルーチンに従って行われ、まず、ステップS81で、解析面D、C間の空気の移動時間Δtdcを予め計算して記録してあるメモリ17から読み出し、次いで、ステップS82で、この移動時間Δtdcが、iΔtよりも大きく、(i+1)Δtよりも小さくなるiを求める。 Calculation of the temperature T C is carried out according to a subroutine shown by a flow chart of FIG. 45, first, at step S81, it reads from the analysis plane D, the memory 17 are recorded in advance and travel times Δtdc of air between C Then, in step S82, i is calculated for which the movement time Δtdc is larger than iΔt and smaller than (i + 1) Δt.
そして、ステップS83で、解析面Dの基準時刻tpからカウントしてi回目の解析周期(時刻:tp+iΔt)で計算した空気温度TDiと、(i+1)回目の解析周期(時刻:tp+(i+1)Δt)で計算した空気温度TD(i+1)とをメモリ17から読み出し、前述の場合と同様に、これらの値を線形補間して、解析面Dにおける時刻(tp+Δtdc)における空気温度を算出し、これを、解析面Cにおける温度受け渡し処理実行周期の空気温度Tとする。 In step S83, the air temperature T Di counted from the reference time tp of the analysis surface D and calculated in the i-th analysis cycle (time: tp + iΔt) and the (i + 1) -th analysis cycle (time: tp + (i + 1)) The air temperature TD (i + 1) calculated by Δt) is read from the memory 17 and, similarly to the case described above, these values are linearly interpolated to calculate the air temperature at time (tp + Δtdc) on the analysis plane D, This will be the air temperature T C of the temperature transfer process execution period in the analysis plane C.
そして、以下、同様にして、図44のフローチャートのステップS73では、解析面C、B間の空気移動時間Δtcbについて、ステップS74では、解析面B、A間の空気の移動時間Δtbaについて、それぞれ図45のフローチャートに示す処理と同様の処理を行い、解析面B、Aの受け渡し処理後の空気温度T、Tを算出する。これにより、図39のフローチャートのステップS35の洞道内空気温度の受け渡し処理が終了することになる。 Similarly, in step S73 of the flowchart of FIG. 44, the air movement time Δtcb between the analysis surfaces C and B is shown, and in step S74, the air movement time Δtba between the analysis surfaces B and A is shown. The same processing as the processing shown in the flowchart of 45 is performed, and the air temperatures T B and T A after the transfer processing of the analysis surfaces B and A are calculated. Thereby, the delivery processing of the air temperature in the cave in step S35 of the flowchart of FIG. 39 is completed.
一方、冷却水温度の受け渡し処理もほぼ同様に行われるが、この処理は図46にフローチャート示すサブルーチンにより行われ、まず、ステップS91で、解析面AのGo管の温度として、入口温度Twoを代入する。   On the other hand, the cooling water temperature transfer process is performed in substantially the same manner. This process is performed by a subroutine shown in the flowchart of FIG. 46. First, in step S91, the inlet temperature Two is substituted as the temperature of the Go pipe on the analysis surface A. To do.
次いで、ステップS92で、解析面BのGo管の温度を算出することになるが、この算出は、図47に示すフローチャートに従って次のように行われる。   Next, in step S92, the temperature of the Go tube on the analysis surface B is calculated. This calculation is performed as follows according to the flowchart shown in FIG.
即ち、ステップS101で、予め計算してメモリ17に記録してある解析面AのGo管から解析面BのGo管まで冷却水が移動する時間Δt′abを読み出し、次いで、ステップS102で、この移動時間Δt′abが、iΔtよりも大きく、(i+1)Δtよりも小さくなるiを求める。つまり、冷却水起動時からカウントして、何回目と何回目の解析周期の間に時間Δ′tabが経過するかを求めるのである。   That is, in step S101, the time Δt′ab in which the cooling water moves from the Go pipe on the analysis surface A to the Go pipe on the analysis surface B, which is pre-calculated and recorded in the memory 17, is read out. Find i for which the movement time Δt′ab is larger than iΔt and smaller than (i + 1) Δt. That is, the number of times and the number of analysis cycles are counted from the time when the cooling water is started to obtain the time Δ′tab.
今、例えば、Δt′ab=1.6Δtであるとすると、i=1であって、この移動時間Δt′abは、温度受渡し基準時刻tpの後、1回目の解析周期と2回目の解析周期との間で経過することになる。   Now, for example, if Δt′ab = 1.6Δt, i = 1, and this travel time Δt′ab is equal to the first analysis cycle and the second analysis cycle after the temperature delivery reference time tp. Will pass between.
そして、前記iを求めた後、次にステップS103で、解析面AのGo管のi回目の解析周期(時刻:tp+iΔt)における温度TAGiと、(i+1)回目の解析周期(時刻:tp+(i+1)Δt)における温度TAG(i+1)とをメモリ17から読み出し、これらの値を移動時間Δt′abの値に応じて線形補間し、これによって得られた値を、計算によって得られた値に代えて、解析面BのGo管温度TGBとする。 Then, after obtaining i, in step S103, the temperature T AGi in the i-th analysis cycle (time: tp + iΔt) of the Go tube on the analysis surface A and the (i + 1) -th analysis cycle (time: tp + ( i + 1) The temperature TAG ( i + 1) at Δt) is read from the memory 17 and these values are linearly interpolated according to the value of the movement time Δt′ab, and the values obtained thereby are obtained by calculation. Instead, the Go tube temperature T GB on the analysis surface B is used.
図46のフローチャートのステップS93、S94の解析面CのGo管温度TCGの算出、解析面DのGo管温度TDGの算出も、図47にフローチャートを示すサブルーチンと同様のサブルーチンによって行われ、それぞれ上流側の解析面B、CにおけるGo管温度をそれぞれの解析面間での移動時間Δt′bc、Δt′cdに応じて補間した値を、当該温度受け渡し周期における解析面CのGo管温度TCG、解析面DのGo管温度TDGとする。 The calculation of the Go tube temperature T CG of the analysis surface C and the calculation of the Go tube temperature T DG of the analysis surface D in steps S93 and S94 of the flowchart of FIG. 46 are also performed by a subroutine similar to the subroutine shown in the flowchart of FIG. The values obtained by interpolating the Go tube temperatures on the upstream analysis surfaces B and C according to the movement times Δt′bc and Δt′cd between the respective analysis surfaces are the Go tube temperatures on the analysis surface C in the temperature transfer period. Let T CG be the Go tube temperature T DG of the analysis surface D.
また、図46のフローチャートのステップS95の冷却水管路の折り返し点における温度の受け渡し、即ち、解析面DにおけるGo管からRe管への温度の受け渡しは、図48にフローチャートを示すサブルーチンにより、次のように行われる。   Also, the transfer of the temperature at the turning point of the cooling water pipe in step S95 in the flowchart of FIG. 46, that is, the transfer of the temperature from the Go pipe to the Re pipe in the analysis plane D is performed by the subroutine shown in the flowchart of FIG. To be done.
まず、ステップS111で、図32の画面W9で冷却水路について、最終解析面DでのGo管からRe管への冷却水温度の受け渡しをどのように設定したかを判定し、Go管温度とRe管温度とを同一にするものと設定した場合には、ステップS112で、解析面Cの温度から線形補間により求めた解析面DのGo管温TDGを、解析面DのRe管温度TDRとしても採用する。 First, in step S111, it is determined how the cooling water temperature is transferred from the Go pipe to the Re pipe in the final analysis plane D for the cooling water channel on the screen W9 in FIG. 32, and the Go pipe temperature and Re If the tube temperature is set to be the same, in step S112, the Go tube temperature T DG of the analysis surface D obtained from the temperature of the analysis surface C by linear interpolation is used as the Re tube temperature T DR of the analysis surface D. Also adopted as.
これに対して、最終解析面DのGo管からRe管への冷却水の移動にある程度の時間Δt′ddを要すると設定した場合は、ステップS113で、前記移動時間Δt′ddを読み出し、ステップS114で、その時間Δt′ddが、iΔtよりも大きく、(i+1)Δtよりも小さくなるiを求める。   On the other hand, if it is set that a certain amount of time Δt′dd is required to move the cooling water from the Go pipe to the Re pipe on the final analysis surface D, the moving time Δt′dd is read in step S113, In S114, i is obtained for which the time Δt′dd is larger than iΔt and smaller than (i + 1) Δt.
そして、このiを求めた後、次にステップS114で、解析面DのGo管のi回目の解析周期(時刻:tp+iΔt)における温度TDGiと、(i+1)回目の解析周期(時刻:tp+(i+1)Δt)における温度TDG(i+1)とをメモリ17から読み出し、これらの値を移動時間Δt′ddの値に応じて線形補間し、これによって得られた値を解析面DのRe管温度TDRとする。 Then, after obtaining i, in step S114, the temperature T DGi in the i-th analysis cycle (time: tp + iΔt) of the Go tube on the analysis surface D and the (i + 1) -th analysis cycle (time: tp + ( The temperature T DG (i + 1) at i + 1) Δt) is read from the memory 17, and these values are linearly interpolated according to the value of the movement time Δt′dd, and the obtained value is used as the Re tube temperature on the analysis plane D. TDR .
さらに、図46のフローチャートのステップS96で、解析面CのRe管の温度が、図49に示すフローチャートに従って次のように行われる。   Further, in step S96 of the flowchart of FIG. 46, the temperature of the Re tube on the analysis surface C is performed as follows according to the flowchart shown in FIG.
即ち、ステップS121で、メモリ17から、解析面DのRe管から解析面CのRe管まで冷却水が移動する時間Δt′dcを読み出し、次いで、ステップS122で、この移動時間Δt′dcが、iΔtよりも大きく、(i+1)Δtよりも小さくなるiを求める。   That is, in step S121, the time Δt′dc during which the cooling water moves from the Re pipe of the analysis surface D to the Re pipe of the analysis surface C is read from the memory 17, and then in step S122, the movement time Δt′dc is i which is larger than iΔt and smaller than (i + 1) Δt is obtained.
そして、次にステップS123で、解析面DのRe管のi回目の解析周期(時刻:tp+iΔt)における温度TDRiと、(i+1)回目の解析周期(時刻:tp+(i+1)Δt)における温度TDR(i+1)とをメモリ17から読み出し、これらの値を移動時間Δt′cdの値に応じて線形補間して、解析面DのRe管の時刻(tp+Δt′dc)における温度を算出し、これを解析面CのRe管の温度受け渡し処理実行周期の冷却水温度TCRとする。 Then, then in step S123, the analysis plane Re tube i-th analysis period (time: tp + iΔt) of the D and the temperature T DRi in, (i + 1) th analysis period (time: tp + (i + 1) Δt) at a temperature T DR (i + 1) is read from the memory 17 and these values are linearly interpolated according to the value of the movement time Δt′cd to calculate the temperature at the time (tp + Δt′dc) of the Re tube on the analysis surface D. It is referred to as the cooling water temperature T CR temperature transfer processing execution cycle of Re tube analysis plane C.
さらに、図46のフローチャートのステップS97、S98による解析面BのRe管温度TBRの算出、及び解析面AのRe管温度TARの算出も、図47にフローチャートを示すサブルーチンと同様のサブルーチンによって行われ、それぞれ上流側の解析面C、BにおけるRe管温度をそれぞれの解析面間での移動時間Δt′cb、Δt′baに応じて補間した値を、当該温度受け渡し周期における解析面BのRe管温度TBR、及び解析面AのRe管温度TARとする。 Furthermore, the calculation of the Re tube temperature T BR on the analysis surface B and the calculation of the Re tube temperature T AR on the analysis surface A in steps S97 and S98 of the flowchart of FIG. 46 are also performed by a subroutine similar to the subroutine shown in the flowchart of FIG. The values obtained by interpolating the Re tube temperatures on the upstream analysis planes C and B according to the movement times Δt′cb and Δt′ba between the respective analysis planes are obtained on the analysis plane B in the temperature transfer cycle. The Re tube temperature T BR and the Re tube temperature T AR of the analysis surface A are assumed.
以上のようにして、図39のフローチャートのステップS37の冷却水温度の受け渡し処理が終了することになる。   As described above, the cooling water temperature transfer process in step S37 of the flowchart of FIG. 39 is completed.
ここで、前記の空気温度の受け渡し処理及び冷却水温度の受け渡し処理を含むシミュレーション動作の全体を具体的に説明する。   Here, the entire simulation operation including the air temperature transfer process and the cooling water temperature transfer process will be described in detail.
今、図25に示すように、ケーブル4が配設された洞道1内に冷却水供給装置7から延びて、Uターンした後、該冷却水供給装置7に戻る冷却水管路6が配設されているものとし、この冷却水管路6が配設された区間に洞道1を横断する4つの解析面A〜Dを設定したものとする。   Now, as shown in FIG. 25, a cooling water pipe 6 is provided that extends from the cooling water supply device 7 into the cave 1 in which the cable 4 is provided and returns to the cooling water supply device 7 after making a U-turn. It is assumed that four analysis surfaces A to D crossing the sinus 1 are set in the section where the cooling water pipe 6 is disposed.
そして、まず、各隣接解析面間での空気移動時間Δtab、Δtbc、Δtcd、及び各解析面間での冷却水移動時間Δt′ab、Δt′bc、Δt′cd、Δt′dd、Δt′dc、Δt′cb、Δt′baのうちの最も長い最長移動時間Δtcを、空気については、各解析面間の距離と風速とに基づいて、冷却水については、各解析面間の距離と流量と管路断面積とに基づいて、それぞれ算出する。   First, air movement times Δtab, Δtbc, Δtcd between adjacent analysis surfaces and cooling water movement times Δt′ab, Δt′bc, Δt′cd, Δt′dd, Δt′dc between the analysis surfaces. , Δt′cb, Δt′ba, the longest longest travel time Δtc, based on the distance between the analysis surfaces and the wind speed for air, and for the cooling water, the distance and flow rate between the analysis surfaces. Each is calculated based on the pipe cross-sectional area.
ここで、洞道内空気は解析面Aから解析面Dに向けて流れるものとする。さらに、冷却水移動時間のうち、Δt′ab、Δt′bc、Δt′cdはGo管の移動時間、Δt′dc、Δt′cb、Δt′baはRe管の移動時間を示すが、同一解析面間の移動時間はGo管とRe管とで等しいものとする。また、Δt′ddは、Go管で解析面Dを通過してからUターンして、Re管で解析面Dを通過するまでの時間である。   Here, the air in the cave is assumed to flow from the analysis surface A toward the analysis surface D. Furthermore, of the cooling water movement time, Δt'ab, Δt'bc, and Δt'cd indicate the movement time of the Go tube, and Δt'dc, Δt'cb, and Δt'ba indicate the movement time of the Re tube. The movement time between the surfaces is the same for the Go tube and the Re tube. Δt′dd is the time from when the Go tube passes through the analysis surface D to when it makes a U-turn and passes through the analysis surface D through the Re tube.
そして、これらの移動時間を解析周期Δtの何倍かという形式で示したときに、例えば次のようになったものとする。   Then, when these movement times are shown in the form of how many times the analysis period Δt, it is assumed that, for example, the following occurs.
(換気起動時の空気移動時間)
Δtab=0.4Δt
Δtbc=0.2Δt
Δtcd=0.6Δt
(換気停止時の空気移動時間)
Δtab=3.2Δt
Δtbc=1.6Δt
Δtcd=4.8Δt
(冷却起動時の冷却水移動時間)
Δt′ab=Δt′ba=1.6Δt
Δt′bc=Δt′cb=0.8Δt
Δt′cd=Δt′dc=2.4Δt
Δt′dd=1.2Δt
なお、換気停止時の風速が0に設定されている場合は、換気停止時の空気移動時間の算出は行われない。
(Air movement time when ventilation starts)
Δtab = 0.4Δt
Δtbc = 0.2Δt
Δtcd = 0.6Δt
(Air movement time when ventilation is stopped)
Δtab = 3.2Δt
Δtbc = 1.6Δt
Δtcd = 4.8Δt
(Cooling water travel time at the start of cooling)
Δt′ab = Δt′ba = 1.6Δt
Δt′bc = Δt′cb = 0.8Δt
Δt′cd = Δt′dc = 2.4Δt
Δt′dd = 1.2Δt
In addition, when the wind speed at the time of a ventilation stop is set to 0, calculation of the air movement time at the time of a ventilation stop is not performed.
前記の例の場合、最長移動時間Δtcは、それぞれの状態で次のようになる。   In the case of the above example, the longest movement time Δtc is as follows in each state.
換気起動、冷却起動時:2.4Δt(冷却水の解析面C、D間の移動時間)
換気起動、冷却停止時:0.6Δt(空気の解析面C、D間の移動時間)
換気停止、冷却起動時:4.8Δt(空気の解析面C、D間の移動時間)
換気停止、冷却停止時:4.8Δt(空気の解析面C、D間の移動時間)
なお、換気停止時の風速が0の場合、冷却起動時の最長移動時間Δtcは、冷却水の最長移動時間2.4Δtとなり、冷却停止時は、温度の受け渡し処理は行われない。
At ventilation start-up and cooling start-up: 2.4 Δt (movement time between analysis surfaces C and D of cooling water)
When ventilation is started and when cooling is stopped: 0.6 Δt (travel time between air analysis surfaces C and D)
At the time of ventilation stop and cooling start: 4.8Δt (movement time between air analysis surfaces C and D)
At the time of ventilation stop and cooling stop: 4.8 Δt (movement time between air analysis surfaces C and D)
When the wind speed when the ventilation is stopped is 0, the longest movement time Δtc at the start of cooling becomes the longest movement time 2.4 Δt of the cooling water, and the temperature transfer process is not performed when the cooling is stopped.
また、換気スケジュール、及び冷却起動条件、停止条件の成立により、例えば図50のタイムチャートに示すようなスケジュールで換気及び冷却が起動、停止するものとする。   Further, it is assumed that ventilation and cooling are started and stopped according to the schedule shown in the time chart of FIG. 50, for example, when the ventilation schedule, the cooling start condition, and the stop condition are established.
この場合の各解析面における空気温度及び冷却水温度の計算結果は図51に示す通りであるが、まず、解析開始時に、換気起動状態にあるから、解析面Aの洞道内空気温度TA0に空気温度の初期温度Taoがセットされる。また、解析面B〜Dの空気温度TB0〜TD0は、当該深さ等に応じた地温に等しい値となる。また、各解析面A〜DのGo管及びRe管の冷却水温度TAG0〜TDG0、TDR0〜TAR0については、冷却水は移動していないから、当該深さ等に応じた地温に等しい値がそれぞれセットされる。 The calculation results of the air temperature and the cooling water temperature on each analysis surface in this case are as shown in FIG. 51. First, since the ventilation is activated at the start of the analysis, the air temperature TA A0 in the analysis surface A The initial temperature Tao of the air temperature is set. The air temperature T B0 through T D0 analysis surface B~D becomes equal to ground temperature according to the depth and the like. Also, the cooling water temperature T AG0 ~T DG0, T DR0 ~T AR0 of Go tubes and Re tubes each analysis surface to D, since the cooling water is not moved, the soil temperature in accordance with the depth or the like Each equal value is set.
そして、解析開始時(時刻t=0)から3回目の解析周期(時刻t=3Δt)までの換気のみ起動した状態では、最長移動時間Δtcは、空気が解析面C、D間を移動する時間Δtcd=0.6Δtであるから、毎解析周期ごとに空気温度の受け渡し処理が行われることになる。   In the state where only ventilation is started from the analysis start time (time t = 0) to the third analysis cycle (time t = 3Δt), the longest movement time Δtc is the time for the air to move between the analysis surfaces C and D. Since Δtcd = 0.6Δt, the air temperature transfer process is performed every analysis cycle.
つまり、1回目の解析周期Δtでは、解析面Aの空気温度TA1に前記初期温度Taoがセットされると共に、解析面Bの温度TB1については、計算された温度に変えて、解析面Aにおける最初の温度TA0(Tao)と計算によって得られた時刻Δtの温度TA1とを、Δtab=0.4Δtであるから、4:6の内分比で補間した値TA0−1とされる。 That is, in the first analysis cycle Δt, the initial temperature Tao is set to the air temperature T A1 of the analysis surface A, and the temperature T B1 of the analysis surface B is changed to the calculated temperature and the analysis surface A the temperature T A1 of the first temperature T A0 (Tao) the time Δt obtained by calculation, since it is Δtab = 0.4Δt, 4 in: 6 internal division ratio is a value T A0-1 interpolated The
同様に、解析面Cの温度TC1は、解析面Bにおける最初の温度TB0と計算によって得られた時刻Δtの温度TB1とを、Δtbc=0.2Δtであるから、2:8の内分比で補間した値TB0−1とされ、解析面Dの温度TD1は、解析面Cにおける最初の温度TC0と計算によって得られた時刻Δtの温度TC1とを、Δtcd=0.6Δtであるから、6:4の内分比で補間した値TC0−1とされる。 Similarly, the temperature T C1 of the analysis plane C is the ratio of the initial temperature T B0 on the analysis plane B and the temperature T B1 obtained at the time Δt obtained by the calculation because Δtbc = 0.2Δt. The value T B0-1 interpolated by the fractional ratio is set, and the temperature T D1 of the analysis surface D is obtained by setting the first temperature T C0 on the analysis surface C and the temperature T C1 obtained by the calculation at time Δt to Δtcd = 0. Since 6Δt, the value TC0-1 interpolated with an internal division ratio of 6: 4 is obtained.
また、次の解析周期2Δtでは、解析面Aの空気温度TA2には、再び前記初期温度Taoがセットされると共に、解析面Bの温度TB2については、計算された温度に変えて、解析面Aにおける1回目の解析周期で計算された温度TA1と今回の解析周期で計算された温度TA2とを、4:6の内分比で補間した値TA1−2とされる。 In the next analysis cycle 2Δt, the initial temperature Tao is set again to the air temperature T A2 of the analysis surface A, and the temperature T B2 of the analysis surface B is changed to the calculated temperature and analyzed. The temperature T A1 calculated in the first analysis cycle on the surface A and the temperature T A2 calculated in the current analysis cycle are interpolated at an internal division ratio of 4: 6, which is a value T A1-2 .
同様に、解析面Cの温度TC1は、計算された温度に変えて、解析面Bにおける1回目の解析周期で計算された温度TB1と今回の解析周期で計算された温度TB2とを、2:8の内分比で補間した値、TB1−2とされ、解析面Dの温度TD2は、解析面Cにおける1回目の解析周期で計算された温度TC1と今回の解析周期で計算さ温度TC2とを、6:4の内分比で補間した値TC1−2とされる。 Similarly, the temperature T C1 of the analysis surface C is changed to the calculated temperature, and the temperature T B1 calculated in the first analysis cycle on the analysis surface B and the temperature T B2 calculated in the current analysis cycle are obtained. , 2: 8 interpolated value for at interior division ratio of the a T B1-2, the temperature T D2 are present analysis period the temperature T C1 calculated in the analysis period of the first in the analysis plane C of the analysis plane D The temperature T C2 calculated in step S2 is interpolated with an internal division ratio of 6: 4 to obtain a value T C1-2 .
さらに、3回目の解析周期3Δtにおいても同様に、解析面Aの空気温度TA2には初期温度Taoがセットされると共に、解析面B〜Dの温度TB3、TC3、TD3については、それぞれ計算された温度に変えて、上流側の解析面A〜Cにおいて2回目と3回目の解析周期で計算された温度をそれぞれの移動時間に応じた内分比で補間した値TA2-3、TB2−3、TC2−3とされる。 Further, in the third analysis cycle 3Δt, the initial temperature Tao is similarly set to the air temperature T A2 of the analysis surface A, and the temperatures T B3 , T C3 , and T D3 of the analysis surfaces B to D are Instead of the calculated temperatures, the values T A2-3 are obtained by interpolating the temperatures calculated in the second and third analysis periods in the upstream analysis planes A to C with the internal ratios corresponding to the respective moving times. , T B2-3 , and T C2-3 .
なお、以上の解析開始から3回目の解析周期までの間は、冷却水は移動していないから、図51に示すように、各解析面のGo管温度TAG1〜TDG1、TAG2〜TDG2、TAG3〜TDG3、及びRe管温度TDR1〜TAR1、TDR2〜TAR2、TDR3〜TAR3は、それぞれの解析面で独立して計算された値がセットされる。 In addition, since the cooling water does not move from the start of the above analysis to the third analysis cycle, as shown in FIG. 51, the Go tube temperatures T AG1 to T DG1 , T AG2 to T on each analysis surface. DG2, T AG3 through T DG3, and Re pipe temperature T DR1 ~T AR1, T DR2 ~T AR2, T DR3 ~T AR3 , the value that is calculated independently for each analysis surface is set.
次に、3回目の解析周期3Δtから9回目の解析周期9Δtまでは、換気が起動した状態で冷却も起動し、洞道内空気及び冷却水が共に移動することになる。この場合、まず、時刻3Δtで、解析面Aにおける冷却水のGo管温度TAG3に冷却水の入口温度Twoがセットされる。 Next, from the third analysis cycle 3Δt to the ninth analysis cycle 9Δt, cooling is started in a state where ventilation is started, and both the air in the cave and the cooling water move. In this case, first, at time 3? T, it is set inlet temperature Two of the cooling water in the Go pipe temperature T AG3 of the cooling water in the analysis plane A.
そして、この場合の流体の最長移動時間Δtcは、解析面C、D間の冷却水の移動時間Δt′cd(Δt′dc)=2.4Δtであるから、3解析周期ごとに温度の受け渡し処理が行われることになる。   In this case, the longest movement time Δtc of the fluid is the movement time Δt′cd (Δt′dc) = 2.4Δt of the cooling water between the analysis surfaces C and D, so that the temperature is transferred every three analysis cycles. Will be done.
したがって、図51に示すように、4回目の解析周期4Δt、5回目の解析周期5Δt、7回目の解析周期7Δt、及び8回目の解析周期8Δtでは、洞道内空気及び冷却水とも、各解析面でそれぞれ独立して計算された温度となる。   Therefore, as shown in FIG. 51, in the fourth analysis cycle 4Δt, the fifth analysis cycle 5Δt, the seventh analysis cycle 7Δt, and the eighth analysis cycle 8Δt, each of the analysis surfaces of the air in the cave and the cooling water The temperature is calculated independently.
つまり、4回目の解析周期における各解析面の空気温度TA4〜TD4、冷却水のGo管温度TAG4〜TDG4、Re管温度TDR4〜TAR4、5回目の解析周期における各解析面の空気温度TA5〜TD5、冷却水のGo管温度TAG5〜TDG5、Re管温度TDR5〜TAR5、7回目の解析周期における各解析面の空気温度TA7〜TD7、冷却水のGo管温度TAG7〜TDG7、Re管温度TDR7〜TAR7、及び8回目の解析周期における各解析面の空気温度TA8〜TD8、冷却水のGo管温度TAG8〜TDG8、Re管温度TDR8〜TAR8は、いずれも各解析面で独立して計算された値がそのまま採用される。 That is, the air temperature T A4 to T D4 of each analysis surface in the fourth analysis cycle, the Go tube temperature T AG4 to T DG4 of the cooling water, the Re tube temperature T DR4 to T AR4 , and each analysis surface in the fifth analysis cycle. Air temperature T A5 to T D5 , cooling water Go tube temperature T AG5 to T DG5 , Re tube temperature T DR5 to T AR5 , air temperature T A7 to T D7 of each analysis surface in the seventh analysis cycle, cooling water of Go pipe temperature T AG7 ~T DG7, Re pipe temperature T DR7 through T AR7, and eighth analyzes air temperature T of each analysis plane in the periodic A8 through T D8, Go pipe temperature of the cooling water T AG8 through T DG8, As for the Re tube temperatures TDR8 to TAR8 , values independently calculated on each analysis surface are adopted as they are.
そして、6回目の周期、及び9回目の解析周期では、それぞれの解析面において温度の受け渡し処理が行われる。   Then, in the sixth cycle and the ninth analysis cycle, temperature transfer processing is performed on each analysis plane.
つまり、まず、6回目の解析周期では、解析面Aの空気温度TA6については、初期温度Taoがセットされると共に、解析面B〜Dの空気温度TB6、TC6、TD6については、上流側の解析面からの移動時間Δtab、Δtbc、ΔtcdがいずれもΔt未満であるので、上流側の解析面における3回目の解析周期3Δtで得られた受け渡し処理後の温度と、4回目の解析周期で各解析面で計算された温度とをそれぞれの移動時間に応じた内分比で補間した値TA3−4、TB3−4、TC3−4とされる。 That is, first, in the sixth analysis cycle, the initial temperature Tao is set for the air temperature T A6 of the analysis surface A, and the air temperatures T B6 , T C6 , and T D6 of the analysis surfaces B to D are Since the travel times Δtab, Δtbc, and Δtcd from the upstream analysis surface are all less than Δt, the temperature after the transfer process obtained in the third analysis cycle 3Δt on the upstream analysis surface and the fourth analysis are performed. values of temperature and calculated in each analysis surface in a cycle and interpolated by interior division ratio corresponding to each of the movement time T A3-4, T B3-4, are T C3-4.
また、冷却水については、解析面AのGo管温度TAG6には、入口温度Twoがセットされると共に、解析面BのGo管温度TBG6は、Δt′ab=1.6Δtであるから、4回目の解析周期で解析面Aについて計算された温度TAG4と5回目の解析周期で計算された温度TAG5を、6:4の内分比で補間した値TAG4−5となり、解析面CのGo管温度TCG6は、Δt′bc=0.8Δtであるから、3回目の解析周期で解析面Bについて計算された温度TBG3と4回目の解析周期で計算された温度TBG4を、8:2の内分比で補間した値TBG3−4となり、解析面DのGo管温度TDG6は、Δt′cd=2.4Δtであるから、5回目の解析周期で解析面Cについて計算された温度TCG5と6回目の解析周期で計算された温度TCG6を、4:6の内分比で補間した値TCG5−6となる。 Further, the cooling water, the Go pipe temperature T AG6 analysis plane A, with the inlet temperature Two is set, Go pipe temperature T BG6 analysis plane B, since a Δt'ab = 1.6Δt, calculated for analyzing surface a in the analysis period of the fourth temperature T AG4 and fifth temperature T AG5 calculated in the analysis period, 6: value T AG4-5 next interpolated by interior division ratio of 4, the analysis surface Since the Go tube temperature T CG6 of C is Δt′bc = 0.8Δt, the temperature T BG3 calculated for the analysis surface B in the third analysis cycle and the temperature T BG4 calculated in the fourth analysis cycle are , 8: 2 interpolated value T BG3-4 , and Go tube temperature T DG6 of analysis surface D is Δt′cd = 2.4Δt, so analysis surface C is analyzed in the fifth analysis cycle. calculated temperature T CG 5 and the sixth analysis cycle The calculated temperature T CG 6 was 4: a value T CG5-6 interpolated with 6 internal ratio of.
また、Re管温度については、解析面DのRe管温度TDR6については、Δt′dd=1.2Δtであるから、その上流側の解析面DのGo管について4回目の解析周期で計算された値TDG4と5回目の解析周期で計算された値TDG5とを2:8の内分比で補間した値TDG4−5となる。なお、解析面DのRe管温度TDR6については、予め設定しておくことにより、その上流側の解析面DにおけるGo管温度TDG6と同じ温度にセットする場合もある。 The Re tube temperature is calculated at the fourth analysis cycle for the Go tube on the upstream analysis surface D because Δt′dd = 1.2Δt for the Re tube temperature T DR6 on the analysis surface D. value T DG4 a fifth and an analysis period in calculated values T DG5 2: a value T DG4-5 interpolated with 8 internal division ratio. Note that Re pipe temperature T DR6 analysis plane D, by previously setting, in some cases set to the same temperature as the Go pipe temperature T DG6 in the analysis plane D of the upstream side.
以下、解析面C〜AのRe管温度TCR6、TBR6、TAR6についても、同様に、上流側の解析面をそれぞれの移動時間に応じて補間した値TDR5−6(Δt′dc=2.4Δt)、TCR3−4(Δt′cb=0.8Δt)、TBR4−5(Δt′ba=1.6Δt)とされる。 Hereinafter, the analysis plane Re pipe temperature T CR6 of C~A, T BR6, T AR6 likewise, the value interpolated according Analysis surface of the upstream side to each movement time T DR5-6 (Δt'dc = 2.4Δt), TCR3-4 (Δt′cb = 0.8Δt), and TBR4-5 (Δt′ba = 1.6Δt).
そして、9回目の解析周期ついても、6回目の解析周期と全く同様に、解析面Aの空気温度TA9及び冷却水のGo管温度TAG9に初期温度Tao、入口温度Twoがそれぞれセットされると共に、他の解析面については、上流側の解析面における温度を移動時間に応じて補間した値に置き換えられる。 Even with the analysis period of the 9th, just like the sixth analysis cycle, the initial temperature Tao, inlet temperature Two are set respectively to the air temperature T A9 and coolant Go pipe temperature T AG9 analysis surface A At the same time, for other analysis surfaces, the temperature on the upstream analysis surface is replaced with a value interpolated according to the movement time.
さらに、9回目の解析周期9Δtから15回目の解析周期15Δtまでは、冷却が起動し、換気が停止した状態となるが、洞道内には自然の空気の流れが発生しているものとする。   Furthermore, from the ninth analysis period 9Δt to the fifteenth analysis period 15Δt, cooling starts and ventilation is stopped, but it is assumed that a natural air flow is generated in the sinus.
そして、この場合の流体の最長移動時間Δtcは、解析面C、D間の換気停止時の空気の移動時間移動時間Δtcd=4.8Δtであるから、5解析周期ごとに温度の受け渡し処理が行われることになる。   Since the longest movement time Δtc of the fluid in this case is air movement time movement time Δtcd = 4.8Δt when the ventilation is stopped between the analysis surfaces C and D, the temperature transfer process is performed every five analysis cycles. It will be.
したがって、図51に示すように、10回目の解析周期10Δt、11回目の解析周期11Δt、12回目の解析周期12Δt、及び13回目の解析周期13Δtでは、洞道内空気及び冷却水とも、各解析面でそれぞれ独立して計算された温度となる。つまり、各解析周期の空気温度TA10〜D10、TA11〜D11、TA12〜D12、TA13〜D13、冷却水のGo管温度TAG10〜TDG10、TAG11〜TDG11、TAG12〜TDG12、TAG13〜TDG13、及び冷却水のRe管温度TDR10〜TAR10、TDR11〜TAR11、TDR12〜TAR12、TDR13〜TAR13は、いずれも各解析面で独立して計算された値がそのまま採用される。 Therefore, as shown in FIG. 51, in the 10th analysis cycle 10Δt, the 11th analysis cycle 11Δt, the 12th analysis cycle 12Δt, and the 13th analysis cycle 13Δt, both the air in the cave and the cooling water are analyzed. The temperature is calculated independently. In other words, air temperature T A10~ T D10, T A11~ T D11, T A12~ T D12, T A13~ T D13 of each analysis period, Go pipe temperature T of the cooling water AG10 ~T DG10, T AG11 ~T DG11 , T AG12 ~T DG12, T AG13 ~T DG13, and Re pipe temperature of the cooling water T DR10 ~T AR10, T DR11 ~T AR11, T DR12 ~T AR12, T DR13 ~T AR13 are all in each analysis surface The value calculated independently is adopted as it is.
そして、換気が停止してから5回目、即ち最初から14回目の周期14Δtでは、それぞれの解析面において温度の受け渡し処理が行われる。   Then, in the fifth cycle after the ventilation stops, that is, in the 14th cycle 14Δt from the beginning, a temperature transfer process is performed on each analysis surface.
つまり、まず、解析面Aの空気温度TA14については、初期温度Taoがセットされると共に、解析面B〜Dの空気温度TB14、TC14、TD14については、上流側の解析面からの移動時間Δtab、Δtbc、Δtcdに応じて、上流側の解析面で計算された温度を補間した値TA12−13(Δtab=3.2Δt)、TB10−11(Δtbc=1.6Δt)、TC13−14(Δtcd=4.8Δt)とされる。 That is, first, the initial temperature Tao is set for the air temperature T A14 on the analysis surface A, and the air temperatures T B14 , T C14 , and T D14 on the analysis surfaces B to D are from the upstream analysis surface. Values T A12-13 (Δtab = 3.2Δt), T B10-11 (Δtbc = 1.6Δt), T B interpolated from the temperature calculated on the upstream analysis surface in accordance with the movement times Δtab, Δtbc, Δtcd C13-14 (Δtcd = 4.8Δt).
また、冷却水については、解析面AのGo管温度TAG14には、入口温度Twoがセットされると共に、解析面B〜DのGo管温度TBG14、TCG14、TDG14は、上流側の解析面からの移動時間に応じて、上流側の解析面で計算された温度を補間した値TAG12−13(Δt′ab=3.2Δt)、TBG10−11(Δt′bc=1.6Δt)、TDG13−14(Δt′cd=4.8Δt)とされ、同様に、Re管温度TDR14、TCR14、TBR14、TAR14については、TDG10−11(又はTDG14)、TDR13−14、TDCR10−11、TBR12−13とされる。 Further, the cooling water, the Go pipe temperature T AG14 analysis plane A, with the inlet temperature Two is set, Go pipe temperature T BG14 analysis surface B~D, T CG14, T DG14 is upstream The values T AG12-13 (Δt′ab = 3.2Δt), T BG10-11 (Δt′bc = 1.6Δt) obtained by interpolating the temperature calculated on the upstream analysis surface according to the moving time from the analysis surface. ), is a T DG13-14 (Δt'cd = 4.8Δt), Similarly, Re pipe temperature T DR14, T CR14, T BR14 , T AR14 is, T DG10-11 (or T DG14), T DR13 −14 , TDCR10-11 , and TBR12-13 .
そして、15回目の解析周期15Δtで、冷却も停止されるが、この場合、空気は換気停止時の風速で移動しているから、時刻14Δt以後も、空気温度については、5解析周期ごとに、前記時刻14Δtの場合と同様の受け渡し処理が行われる。この場合、冷却水温度の受け渡し処理は行われない。   And cooling is also stopped at the 15th analysis cycle 15Δt. In this case, since the air is moving at the wind speed when the ventilation is stopped, the air temperature is changed every 5 analysis cycles after time 14Δt. A delivery process similar to that at time 14Δt is performed. In this case, the cooling water temperature delivery process is not performed.
なお、換気停止時の風速が0の場合は、時刻9Δtから冷却が停止する時刻15Δtまでの間、冷却水についての最長移動時間Δtc(解析面C、D間の冷却水移動時間Δt′cd=2.4Δt)に基づいて、3周期ごとに冷却水の受け渡し処理が行われることになる。この場合、空気温度の受け渡し処理は行われない。そして、冷却も停止する時刻15Δt以後は、空気温度及び冷却水温度のいずれの受け渡し処理も行われず、各解析周期ごとに、各解析面でそれぞれ独立して計算された値が採用される。   When the wind speed when the ventilation is stopped is 0, the longest travel time Δtc (cooling water travel time Δt′cd between the analysis surfaces C and D) between the time 9Δt and the time 15Δt when the cooling stops is Based on 2.4 Δt), the cooling water delivery process is performed every three cycles. In this case, the air temperature delivery process is not performed. Then, after the time 15 Δt when the cooling is stopped, neither the air temperature nor the cooling water temperature is transferred, and a value calculated independently on each analysis plane is adopted for each analysis period.
以上は、図21の画面W1で冷却水管路ありの冷却洞道モデルを選択した場合の冷却洞道モデルについての説明であるが、洞道モデルで冷却水管路なしを選択すれば、図22のフローチャートの非冷却洞道モデルについての解析が開始されることになる。   The above is an explanation of the cooling tunnel model when the cooling tunnel model with the cooling water conduit is selected on the screen W1 of FIG. 21, but if no cooling water pipeline is selected in the tunnel model, FIG. Analysis of the uncooled sinusoidal model of the flowchart is started.
この場合のメインルーチンは、図52に示すフローチャートに従って動作することになるが、図23の冷却洞道モデルのメインルーチンと比較すると、非冷却洞道モデルについてのフローチャートでは、冷却洞道モデルのフローチャートのステップS7、S8の冷却条件の設定ステップが存在しない。   The main routine in this case operates in accordance with the flowchart shown in FIG. 52. Compared with the main routine of the cooling tunnel model in FIG. There is no cooling condition setting step in steps S7 and S8.
そして、この相違に伴い、ステップS132の洞道構成の設定では、図53に画面W16を示すように、冷却水管路の設定が行われず、また、冷却洞道モデルの画面W9による冷却水データの設定が行われない。   With this difference, in the setting of the cave configuration in step S132, as shown in the screen W16 in FIG. 53, the cooling water pipeline is not set, and the cooling water data is displayed on the screen W9 of the cooling cave model. Setting is not performed.
その他のステップS131、S133、S134、S136〜S139の解析面の設定、土壌データの設定、洞道データの設定、空気データの設定、通電条件の設定、地域データの設定、解析条件の設定等は、冷却洞道モデルの画面W6〜W8、W10〜W12と同様の画面を用いて、冷却洞道モデルの場合と同様に行われる。   Other steps S131, S133, S134, S136-S139 analysis plane setting, soil data setting, sinus road data setting, air data setting, energization condition setting, regional data setting, analysis condition setting, etc. Using the same screens as the screens W6 to W8 and W10 to W12 of the cooling tunnel model, the same operation as that of the cooling tunnel model is performed.
また、ステップS141の解析結果の出力も同様に行われるが、ステップS140の解析処理は、非冷却洞道モデルの場合、図54にフローチャートを示すサブルーチンによって行われる。   Further, although the analysis result output in step S141 is performed in the same manner, the analysis processing in step S140 is performed by a subroutine shown in the flowchart of FIG. 54 in the case of the uncooled tunnel model.
このサブルーチンを冷却洞道モデルの図39に示すサブルーチンと比較すると、非冷却洞道モデルのサブルーチンでは、ステップS157、S162で、流体の移動を判定する場合に空気の移動のみを判定する点で冷却洞道モデルの場合と相違し、また、冷却洞道モデルのサブルーチンのステップS36、S37による冷却水温度の受け渡し処理が存在しない点で相違する。   When this subroutine is compared with the subroutine shown in FIG. 39 of the cooling tunnel model, in the subroutine of the non-cooling tunnel model, cooling is performed in steps S157 and S162 in that only the movement of air is determined when the movement of the fluid is determined. This is different from the case of the tunnel model, and is different in that there is no cooling water temperature transfer process in steps S36 and S37 of the subroutine of the cooling tunnel model.
一方、ステップS161の各解析面ごとの節点温度の計算は、冷却洞道モデルの図40にフローチャートを示すサブルーチンと同様のサブルーチンによって行われ、また、ステップS165の空気温度の受け渡し処理についても、冷却洞道モデルの図41、図42、図44、図45にフローチャートを示すサブルーチンと同様のサブルーチンによって行われる。   On the other hand, the calculation of the node temperature for each analysis surface in step S161 is performed by a subroutine similar to the subroutine shown in the flowchart of FIG. 40 of the cooling tunnel model, and the air temperature delivery process in step S165 is also performed in the cooling mode. This is performed by a subroutine similar to the subroutine shown in the flowcharts of FIGS. 41, 42, 44, and 45 of the tunnel model.
したがって、図51に示す具体的な計算例についても、空気温度については全く同じ結果となり、冷却水温度に関する計算が行われない点を除いて、冷却洞道モデルの場合と同様に行われることになる。   Accordingly, the specific calculation example shown in FIG. 51 is exactly the same with respect to the air temperature, and is performed in the same manner as in the cooling tunnel model except that the calculation regarding the cooling water temperature is not performed. Become.
さらに、この実施の形態においては、図21の画面W1で選択することにより、埋設モデルについても、図22に示すように、冷却水管路ありの冷却埋設モデルと、冷却水管路なしの非冷却埋設モデルについて解析可能とされており、次に、これらのモデルを選択した場合について説明する。   Furthermore, in this embodiment, by selecting on the screen W1 of FIG. 21, as for the embedment model, as shown in FIG. 22, a cooling embedment model with a cooling water conduit and an uncooled embedment without a cooling water conduit Next, the case where these models are selected will be described.
まず、冷却埋設モデルを選択した場合は、図55にフローチャートを示すメインルーチンが実行され、ステップS172で、洞道構成の設定に変え、図56の画面W17を用いて埋設構成を設定することになる。この場合、ケーブルは管路に収納された状態で埋設され、その埋設パターンや、ケーブル管路、冷却水管路等に関するデータが設定される。   First, when the cooling embedment model is selected, the main routine shown in the flowchart in FIG. 55 is executed. In step S172, the burial configuration is set using the screen W17 in FIG. Become. In this case, the cable is embedded in a state of being accommodated in the pipeline, and data regarding the burying pattern, the cable pipeline, the cooling water pipeline, and the like is set.
この埋設構成の設定により、図57の画面W18に示すような全体解析モデルが作成され、また、ステップS173、174として、この画面W18上で、土壌に関するデータやケーブルに関するデータが設定され、このケーブルデータの設定により、図58の画面W19に示すように、解析モデルの要部を及びケーブル管路部分を拡大した要部解析モデルが表示される。   By this setting of the buried structure, an overall analysis model as shown in the screen W18 of FIG. 57 is created, and data about soil and data about the cable are set on the screen W18 as steps S173 and 174. By setting the data, as shown in a screen W19 in FIG. 58, the main part analysis model in which the main part of the analysis model and the cable conduit portion are enlarged is displayed.
そして、ステップS176で、各冷却水管路について、冷却水の移動等に関する冷却水データが設定されると共に、ステップS178〜S180で、通電条件、地域データ、及び解析条件がそれぞれ設定されるが、これらの設定は、図23にフローチャートを示す冷却洞道モデルについての設定動作と同じである。   And in step S176, while setting the cooling water data regarding a movement of cooling water etc. about each cooling water pipe line, while energizing conditions, area data, and an analysis condition are each set by step S178-S180, these This setting is the same as the setting operation for the cooling tunnel model shown in the flowchart of FIG.
この冷却埋設モデルのステップS181による解析処理は、図59にフローチャートを示すサブルーチンによって行われる。   The analysis process of step S181 for this cooling embedment model is performed by a subroutine shown in the flowchart of FIG.
即ち、まず、ステップS191で、必要なデータを読み込み、次いでステップS192で、現時刻tに初期値0を代入する。そして、ステップS193で、解析周期Δtを設定すると共に、各解析面間での冷却水の移動時間のうちの最も長い最長移動時間Δtcを、各解析面間の距離と流量と管路断面積とに基づいて算出する。   That is, first, in step S191, necessary data is read, and then in step S192, an initial value 0 is substituted for the current time t. In step S193, the analysis period Δt is set, and the longest longest movement time Δtc among the movement times of the cooling water between the analysis surfaces is set to the distance, flow rate, pipe cross-sectional area between the analysis surfaces. Calculate based on
また、ステップS194で、現在、冷却起動条件が成立しているか否かを判定し、成立しているときは、ステップS195で、現在の時刻tを温度受渡し基準時刻tpにセットする。そして、ステップS196で、時刻tに解析周期Δtを加算して現時刻tを更新すると共に、ステップS197で、その時刻tが解析終了時刻に達したか否かを判定する。   In step S194, it is determined whether or not the cooling start condition is currently satisfied. If the cooling start condition is satisfied, the current time t is set to the temperature delivery reference time tp in step S195. In step S196, the analysis period Δt is added to the time t to update the current time t. In step S197, it is determined whether or not the time t has reached the analysis end time.
解析開始当初は解析終了時刻に達していないから、次にステップS198を実行し、各解析面のそれぞれについて、前回の解析時刻(t-Δt)での解析領域内の全節点の温度から、現時刻tにおける全節点の温度を計算することになるが、最初の解析時は、各節点の値は初期値(図13の地温データベースDB9から読み取った深さ等に応じた地温、冷却水を代表する節点については、画面上で設定された入口温度又は深さ等に応じた地温)にセットされているから、これらの初期値から現時刻tにおける各節点温度を計算することになる。この節点温度の計算は、冷却洞道モデルについて説明した図40にフローチャートを示すサブルーチンと同様のサブルーチンによって行われる。   Since the analysis end time has not been reached at the beginning of the analysis, step S198 is executed next, and for each of the analysis surfaces, the current temperature from all the nodes in the analysis region at the previous analysis time (t-Δt) is determined. The temperatures of all nodes at time t will be calculated. At the time of the first analysis, the values of the nodes are the initial values (representing ground temperature and cooling water corresponding to the depth read from the ground temperature database DB9 in FIG. 13). Since the nodes to be set are set to the inlet temperature or the ground temperature corresponding to the depth or the like set on the screen, the node temperatures at the current time t are calculated from these initial values. The calculation of the node temperature is performed by a subroutine similar to the subroutine shown in the flowchart of FIG. 40 described for the cooling tunnel model.
次に、ステップS199で、現在、冷却起動条件が成立しているか否か、即ち冷却水が移動しているか否かを判定し、移動していないときは、ステップS200以下の冷却水温度の受け渡し処理を実行することなく、ステップS196〜S198を繰り返し実行し、毎解析周期ごとに、各解析面のそれぞれについて、全節点の温度を他の解析面から独立して順次求めることになる。   Next, in step S199, it is determined whether or not the cooling start condition is currently satisfied, that is, whether or not the cooling water is moving. If not, the cooling water temperature is transferred in step S200 and subsequent steps. Without executing the process, Steps S196 to S198 are repeatedly executed, and the temperature of all nodes is sequentially obtained independently from the other analysis surfaces for each analysis surface for each analysis cycle.
一方、前記冷却起動条件が成立しているとき、即ち冷却水が移動しているときは、ステップS200で、現時刻tが、前記ステップS195で設定した温度受渡し基準時刻Tpに、前記ステップS192で設定した最長移動時間Δtcを加えた時刻(tp+Δtc)を超えているか否かを判定する。そして、この時刻(tp+Δtc)を超えていなければ、ステップS196〜S198を繰り返し実行し、毎解析周期ごとに、各解析面について、前回解析時の各節点温度から現時刻tにおける節点温度を計算する。   On the other hand, when the cooling start condition is satisfied, that is, when the cooling water is moving, in step S200, the current time t is set to the temperature delivery reference time Tp set in step S195, and in step S192. It is determined whether or not the time (tp + Δtc) obtained by adding the set longest movement time Δtc is exceeded. If this time (tp + Δtc) is not exceeded, steps S196 to S198 are repeatedly executed, and for each analysis period, the node temperature at the current time t is calculated from each node temperature at the previous analysis for each analysis surface. .
そして、現時刻tが前記温度受渡し基準時刻tpに最長移動時間Δtcを加えた時刻(tp+Δtc)を超えた時点で、ステップS201の冷却水温度の受け渡し処理を実行する。   When the current time t exceeds the time (tp + Δtc) obtained by adding the longest movement time Δtc to the temperature delivery reference time tp, the cooling water temperature delivery process of step S201 is executed.
この処理は、冷却洞道モデルについて用いた図46〜図49にフローチャートを示すサブルーチンと同様のサブルーチンに従って行われ、これにより、前述のように、各解析面間で冷却水の移動が終了した直後の解析周期ごとに、上流側の解析面における冷却水移動時間の間の温度変化が算出されて、その算出された温度が、当該受け渡し周期における下流側解析面の冷却水温度とされる。   This process is performed in accordance with a subroutine similar to the subroutine shown in the flowcharts of FIGS. 46 to 49 used for the cooling tunnel model. As a result, immediately after the movement of the cooling water between the analysis surfaces is completed as described above. In each analysis cycle, a temperature change during the cooling water movement time on the upstream analysis surface is calculated, and the calculated temperature is set as the cooling water temperature on the downstream analysis surface in the delivery cycle.
そして、ステップS202で冷却停止条件が成立しているか否かを判定し、成立していなければ、前記ステップS195で、現時刻tを改めて温度受渡し基準時刻tpにセットした上で、温度受け渡し処理を含む同様の計算を繰り返し、また、冷却停止条件が成立しているときは、次に、ステップS194で冷却起動条件の成立を判定するまで、各解析周期ごとに、ステップS198の各解析面ごとに独立した節点温度の計算を行う。   In step S202, it is determined whether or not the cooling stop condition is satisfied. If not satisfied, in step S195, the current time t is set to the temperature transfer reference time tp, and the temperature transfer process is performed. The same calculation including the above is repeated, and when the cooling stop condition is satisfied, next, for each analysis period, for each analysis surface in step S198 until it is determined in step S194 that the cooling start condition is satisfied. Perform independent nodal temperature calculations.
したがって、この場合は、冷却水管路をケーブル管路に並設して埋設した冷却埋設モデルにおいて、冷却水の移動による冷却効果を反映した導体温度のシミュレーションが行われることになる。   Therefore, in this case, the simulation of the conductor temperature reflecting the cooling effect due to the movement of the cooling water is performed in the cooling embedding model in which the cooling water pipe is laid in parallel with the cable pipe.
さらに、冷却なしの埋設モデルを選択した場合は、図22の非冷却埋設モデルについてのシミュレーションが行われることになり、この場合、図60にフローチャートを示すメインルーチンが実行されることになるが、このモデルでは、空気や冷却水の移動に伴う温度の受け渡し処理は行われないので、解析面は一つしか設定されない。   Furthermore, when the buried model without cooling is selected, the simulation for the uncooled buried model in FIG. 22 is performed, and in this case, the main routine shown in the flowchart in FIG. 60 is executed. In this model, there is no temperature transfer process associated with the movement of air or cooling water, so only one analysis plane is set.
したがって、ステップS211〜S213の管路の埋設構成の設定、土壌データの設定、ケーブルデータの設定等の動作は、図61に示す画面W20を用いて、1回だけ行われる。その他のステップS214〜S216の通電条件、地域データ、解析条件等の設定は、図55の冷却埋設モデルと同様に行われる。   Therefore, operations such as setting of the buried structure of the pipeline, setting of soil data, setting of cable data, and the like in steps S211 to S213 are performed only once using the screen W20 shown in FIG. Other energization conditions, regional data, analysis conditions, etc. in steps S214 to S216 are set in the same manner as in the cooling buried model in FIG.
この非冷却埋設モデルの場合のステップS217の解析処理は、図62にフローチャートを示すサブルーチンによって実行され、まず、ステップS221で、必要なデータを読み込み、次いでステップS222で、現時刻tに初期値0を代入する。また、ステップS223で、解析時間間隔Δtを設定する。   The analysis processing in step S217 in the case of this uncooled embedded model is executed by a subroutine shown in the flowchart of FIG. 62. First, in step S221, necessary data is read, and then in step S222, the initial value 0 is set at the current time t. Is assigned. In step S223, an analysis time interval Δt is set.
そして、ステップS224で、現時刻tに解析周期Δtを加算して現時刻tを更新すると共にすると共に、ステップS225で、その時刻tが解析終了時刻に達しているか否かを判定する。   In step S224, the analysis period Δt is added to the current time t to update the current time t, and in step S225, it is determined whether or not the time t has reached the analysis end time.
解析開始当初は解析終了時刻に達していないから、次にステップS226を実行し、各解析面のそれぞれについて、前回の解析時刻(t-Δt)での解析領域内の全節点の温度から、現時刻tにおける全節点の温度を計算することになるが、最初の解析時は、各節点の初期値(図13の地温データベースDB9から読み取った深さ等に応じた地温)から現時刻tにおける節点温度を計算することになる。   Since the analysis end time has not been reached at the beginning of the analysis, step S226 is executed next, and for each analysis surface, the current values of all nodes in the analysis region at the previous analysis time (t-Δt) are calculated. The temperatures of all nodes at time t are calculated. At the time of the first analysis, nodes at the current time t are determined from the initial values of the nodes (the ground temperature according to the depth read from the ground temperature database DB9 in FIG. 13). The temperature will be calculated.
そして、前回の解析時の値(又は初期値)から時間Δt後の現時刻tにおける各節点温度を、冷却洞道モデルについて説明した図40にフローチャートを示すサブルーチンによって計算する。   Then, each node temperature at the current time t after the time Δt from the value (or initial value) at the time of the previous analysis is calculated by a subroutine shown in the flowchart of FIG. 40 describing the cooling tunnel model.
この動作を解析終了時刻まで、周期Δごとに繰り返し行うことにより、非冷却埋設モデルにおいて、所定の解析面におけるケーブルの発熱や地表面における熱収支等を反映したケーブル導体温度の変化がシミュレーションされることになる。   By repeating this operation for each period Δ until the analysis end time, in the uncooled buried model, the cable conductor temperature change reflecting the heat generation of the cable on the predetermined analysis surface and the heat balance on the ground surface is simulated. It will be.
以上のように、本発明によれば、地中の洞道内に配設された電力ケーブルの導体温度の変化を、洞道内の空気の移動による冷却効果を加味してシミュレーションすることが可能となる。これにより、電力ケーブル線路の敷設設計等に際して、必要以上のケーブル通電電流の抑制やケーブルのサイズアップ等を回避して、効率的な電力ケーブルの設計や運用が可能となり、電力輸送技術の分野に寄与することになる。   As described above, according to the present invention, it is possible to simulate the change in the conductor temperature of the power cable disposed in the underground cave taking into account the cooling effect due to the movement of air in the cave. . This makes it possible to efficiently design and operate power cables by avoiding excessive cable energization current suppression and cable size increase when designing power cable lines, etc. Will contribute.
本発明の対象となる洞道モデルの構成例の説明図である。It is explanatory drawing of the structural example of the sinus | pathway model used as the object of this invention. 洞道内に配設される冷却水管路の説明図である。It is explanatory drawing of the cooling water pipe line arrange | positioned in a cave. 本発明の実施形態で対象となる埋設モデルの構成例の説明図である。It is explanatory drawing of the structural example of the embedment model used as the object in the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態の全体の構成を示すシステム図である。1 is a system diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention. 同実施の形態で用いられる土壌熱定数データベースの構成図である。It is a block diagram of the soil thermal constant database used in the embodiment. 洞道壁熱定数データベースの構成図である。It is a block diagram of a cave wall thermal constant database. 管路壁熱定数データベースの構成図である。It is a block diagram of a pipeline wall thermal constant database. 流体熱定数データベースの構成図である。It is a block diagram of a fluid thermal constant database. 管路寸法データベースの構成図である。It is a block diagram of a pipeline dimension database. ケーブルデータベースの構成図である。It is a block diagram of a cable database. 空気物性データベースの構成図である。It is a block diagram of an air physical property database. 冷却水物性データベースの構成図である。It is a block diagram of a cooling water physical property database. 地温データベースの構成図である。It is a block diagram of a ground temperature database. 気象データベースの構成図である。It is a block diagram of a weather database. 負荷率データベースの構成図である。It is a block diagram of a load factor database. 熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスの説明図である。It is explanatory drawing of a heat capacity matrix and a heat conductive matrix. 洞道内部の有限要素解析モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the finite element analysis model inside a cave. 冷却水管路の有限要素モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the finite element model of a cooling water pipe line. 洞道内空気の乱流判定データの説明図である。It is explanatory drawing of the turbulent flow determination data of the air in a cave. 冷却水の乱流判定データの説明図である。It is explanatory drawing of the turbulent flow determination data of a cooling water. 解析モデル選択画面の説明図である。It is explanatory drawing of an analysis model selection screen. 解析モデルを決定するフローチャートである。It is a flowchart which determines an analysis model. 冷却洞道モデルの解析メインルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the analysis main routine of a cooling tunnel model. 解析面設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of an analysis surface setting screen. 解析面の説明図である。It is explanatory drawing of an analysis surface. 洞道構成設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a cave structure setting screen. 全体解析モデルを示す画面の説明図である。It is explanatory drawing of the screen which shows a whole analysis model. 解析モデルの要部を示す画面の説明図である。It is explanatory drawing of the screen which shows the principal part of an analysis model. 土壌データ設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a soil data setting screen. 洞道データ設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a cave data setting screen. 空気データ設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of an air data setting screen. 冷却水データ設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a cooling water data setting screen. 通電条件設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of an energization condition setting screen. 地域データ設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a regional data setting screen. 解析条件設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of an analysis condition setting screen. 解析結果として洞道周辺の温度分布を示す画面の説明図である。It is explanatory drawing of the screen which shows the temperature distribution around a cave as an analysis result. 同じく洞道内空気温度の変化を示す画面の説明図である。It is explanatory drawing of the screen which similarly shows the change of the air temperature in a cave. 同じくケーブル導体温度の変化を示す画面の説明図である。It is explanatory drawing of the screen which similarly shows the change of cable conductor temperature. コンピュータによる解析処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the analysis processing operation by a computer. 節点温度計算サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a node temperature calculation subroutine. 空気温度受け渡し処理サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of an air temperature delivery processing subroutine. 解析面Bの空気温度算出サブルーチンのフローチャートである。10 is a flowchart of an air temperature calculation subroutine for analysis surface B. 受渡し温度を求める補間方法の説明図である。It is explanatory drawing of the interpolation method which calculates | requires delivery temperature. 逆方向の空気温度受け渡し処理サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a reverse direction air temperature delivery process subroutine. 解析面Cの空気温度算出サブルーチンのフローチャートである。4 is a flowchart of an air temperature calculation subroutine for analysis plane C. 冷却水温度受け渡し処理サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a cooling water temperature delivery processing subroutine. 解析面BのGo管温度算出サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a Go tube temperature calculation subroutine for analysis surface B. 解析面DのRe管温度算出サブルーチンのすフローチャートである。5 is a flowchart of a Re tube temperature calculation subroutine for analysis surface D. 解析面CのRe管温度算出サブルーチンのフローチャートである。10 is a flowchart of a Re tube temperature calculation subroutine for analysis plane C. 換気及び冷却の起動停止スケジュールの一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the start-stop schedule of ventilation and cooling. 各解析面における温度受渡しの一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the temperature delivery in each analysis surface. 非冷却洞道モデルの解析メインルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the analysis main routine of an uncooled tunnel model. 洞道構成設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a cave structure setting screen. コンピュータによる解析処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the analysis processing operation by a computer. 冷却埋設モデルの解析メインルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the analysis main routine of a cooling embedding model. 埋設構成設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a buried structure setting screen. 全体解析モデルを示す画面の説明図である。It is explanatory drawing of the screen which shows a whole analysis model. 解析モデルの要部を示す画面の説明図である。It is explanatory drawing of the screen which shows the principal part of an analysis model. コンピュータによる解析処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the analysis processing operation by a computer. 非冷却埋設モデルの解析メインルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the analysis main routine of an uncooled embedding model. 埋設構成設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a buried structure setting screen. コンピュータによる解析処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the analysis processing operation by a computer.
符号の説明Explanation of symbols
1 洞道
4 ケーブル
6 冷却水管路
10 コンピュータ
11 中央処理装置
12 入力装置
13 読込み装置
14 記録装置
15 表示装置
16 印刷装置
17 メモリ
DB1〜DB11 データベース
A〜D 解析面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cave 4 Cable 6 Cooling water pipe 10 Computer 11 Central processing unit 12 Input device 13 Reading device 14 Recording device 15 Display device 16 Printing device 17 Memory DB1-DB11 Database AD Analysis surface

Claims (13)

  1. 地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を有限要素法を用いて推定する方法であって、
    導体温度に影響するパラメータとして、前記ケーブルの通電電流に対応する発熱量と、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数と、洞道内における空気の移動を考慮して算出した洞道内空気温度とを用い、前記ケーブルの導体温度を計算することを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定方法。
    A method for estimating a conductor temperature of a power cable laid in a ground tunnel using a finite element method,
    As parameters that affect the conductor temperature, the calorific value corresponding to the energizing current of the cable, the thermal constants of the cable, the air in the cave and the surrounding components, and the movement of the air in the cave are calculated. A cable conductor temperature estimation method in consideration of movement of air in the cave, wherein the cable conductor temperature is calculated using the air temperature.
  2. 前記請求項1に記載の方法において、
    導体温度に影響するパラメータとして、さらに、洞道内に配設された管路内における冷却水の移動を考慮して算出した冷却水温度を用いることを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定方法。
    The method of claim 1, wherein:
    A cable that takes into account the movement of air in the cave characterized by using the cooling water temperature calculated in consideration of the movement of the cooling water in the pipes arranged in the cave as a parameter that affects the conductor temperature Conductor temperature estimation method.
  3. 前記請求項1又は請求項2に記載の方法において、
    導体温度に影響するパラメータとして、さらに、解析対象地域の気象データから算出される地表面における熱収支量を用いることを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定方法。
    The method according to claim 1 or claim 2, wherein
    A cable conductor temperature estimation method considering the movement of air in a cave characterized by using a heat balance on the ground surface calculated from meteorological data in an analysis target area as a parameter affecting the conductor temperature.
  4. 地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するシステムであって、
    ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録した熱定数記録手段と、
    洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、
    ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段と、
    洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段と、
    前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段と、
    前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段と、
    前記洞道構成設定手段で設定された洞道及びケーブルの構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段と、
    前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段と、
    前記発熱量算出手段及び空気温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量及び洞道内空気温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段と、
    前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段とを有することを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    A system for estimating the conductor temperature of a power cable laid in the underground cave by using a cross section crossing the cave as an analysis surface and applying a finite element method to a predetermined region of the analysis surface,
    Thermal constant recording means for recording the thermal constants of the cable, the air in the cave and the surrounding components of the cave;
    A cave configuration setting means for setting a cave and its internal and external configurations;
    Energizing current setting means for setting the energizing current to the cable;
    Air data setting means for setting data relating to air movement in the cave;
    A calorific value calculating means for calculating a calorific value of the cable based on the energizing current set by the energizing current setting means;
    Air temperature calculation means for calculating the air temperature in the cave based on data relating to air movement set by the air data setting means;
    Model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis region of the analysis surface crossing the sinus into finite elements based on the sinus and cable configuration set by the sinus configuration setting means;
    Matrix creation means for creating a heat capacity matrix and a heat conduction matrix for each node in the analysis region using the thermal constant recorded in the thermal constant recording means;
    Vector creating means for creating a thermal load vector for each node in the analysis region based on the calorific value of the cable and the air temperature in the tunnel calculated by the calorific value calculating means and the air temperature calculating means, respectively;
    Node temperature calculation means for calculating each node temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state using the heat capacity matrix, the heat conduction matrix and the thermal load vector generated by the matrix generation means and the vector generation means; A cable conductor temperature estimation system considering the movement of air in a cave characterized by having a cable conductor temperature.
  5. 前記請求項4に記載のシステムにおいて、
    洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段が設けられていると共に、
    前記空気温度算出手段は、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出し、かつ、
    節点温度算出手段は、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算することを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    The system of claim 4, wherein
    An analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the tunnel is provided,
    The air temperature calculation means sets the air temperature in the cave to a predetermined temperature on the most upstream analysis surface with respect to the movement of air in the section, and for each analysis surface downstream from the analysis surface, the upstream side Calculate the air temperature in the sinus on the downstream analysis surface based on the change in the air temperature in the sinus on the analysis surface, and
    The nodal temperature calculation means calculates the nodal temperature in the analysis region for each analysis plane by using the air temperature in the sinus calculated by the air temperature calculation means for the nodes in contact with the air in the sinus. A cable conductor temperature estimation system that takes into account the movement of air in the cave.
  6. 地中の洞道内に冷却水管路と共に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するシステムであって、
    ケーブル、洞道内空気、冷却水管路、該管路内の冷却水及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録した熱定数記録手段と、
    洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、
    ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段と、
    洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段と、
    冷却水管路内における冷却水の移動に関するデータを設定する冷却水データ設定手段と、
    前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段と、
    前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段と、
    前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動に関するデータに基づいて冷却水温度を算出する冷却水温度算出手段と、
    前記洞道構成設定手段で設定された洞道、ケーブル及び冷却水管路の構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段と、
    前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段と、
    前記発熱量算出手段、空気温度算出手段及び冷却水温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量、洞道内空気温度及び冷却水温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段と、
    前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段とを有することを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    It is a system that estimates the conductor temperature of power cables laid along with cooling water pipes in the underground cave by using the finite element method for a predetermined area of the analysis plane with the cross-section crossing the cave as the analysis plane. And
    Thermal constant recording means for recording the thermal constants of the cable, the air in the cave, the cooling water pipe, the cooling water in the pipe and the components around the cave, and
    A cave configuration setting means for setting a cave and its internal and external configurations;
    Energizing current setting means for setting the energizing current to the cable;
    Air data setting means for setting data relating to air movement in the cave;
    Cooling water data setting means for setting data relating to movement of the cooling water in the cooling water pipeline,
    A calorific value calculating means for calculating a calorific value of the cable based on the energizing current set by the energizing current setting means;
    Air temperature calculation means for calculating the air temperature in the cave based on data relating to air movement set by the air data setting means;
    Cooling water temperature calculating means for calculating a cooling water temperature based on data relating to the movement of the cooling water set by the cooling water data setting means;
    Model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis region of the analysis surface crossing the sinus finite element based on the configuration of the sinus, cable and cooling water pipe set by the sinus configuration setting means; ,
    Matrix creation means for creating a heat capacity matrix and a heat conduction matrix for each node in the analysis region using the thermal constant recorded in the thermal constant recording means;
    A thermal load vector for each node in the analysis region is calculated based on the calorific value of the cable, the air temperature in the cave, and the cooling water temperature calculated by the calorific value calculating means, the air temperature calculating means, and the cooling water temperature calculating means, respectively. Vector creation means to create,
    Node temperature calculation means for calculating each node temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state using the heat capacity matrix, the heat conduction matrix and the thermal load vector generated by the matrix generation means and the vector generation means; A cable conductor temperature estimation system considering the movement of air in a cave characterized by having a cable conductor temperature.
  7. 前記請求項6に記載のシステムにおいて、
    冷却水管路が設けられた洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段が設けられていると共に、
    前記空気温度算出手段は、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出し、
    前記冷却水温度算出手段は、冷却水入口近傍の解析面における管路断面では冷却水温度を所定の入口温度に設定し、各解析面に位置する他の管路断面については、その上流側断面における冷却水温度の変化に基づいて順次下流側の断面における冷却水温度を算出し、かつ、
    節点温度算出手段は、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、冷却水管路内面の節点については前記冷却水温度算出手段で算出された冷却水温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算することを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    The system of claim 6, wherein:
    An analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis is provided in a predetermined section of the sinus where the cooling water pipe is provided,
    The air temperature calculation means sets the air temperature in the cave to a predetermined temperature on the most upstream analysis surface with respect to the movement of air in the section, and for each analysis surface downstream from the analysis surface, the upstream side Based on the change in the air temperature in the cave on the analysis surface, the air temperature in the cave on the downstream analysis surface is sequentially calculated,
    The cooling water temperature calculating means sets the cooling water temperature to a predetermined inlet temperature in the pipe cross section in the analysis surface near the cooling water inlet, and the upstream cross section for other pipe cross sections located in each analysis surface. Sequentially calculating the cooling water temperature in the downstream cross section based on the change in the cooling water temperature in
    The node temperature calculation means uses the air temperature in the tunnel calculated by the air temperature calculation means for the nodes in contact with the air in the cave, and the nodes on the inner surface of the cooling water pipe calculated by the cooling water temperature calculation means. A cable conductor temperature estimation system taking into account the movement of air in the cave, which calculates the temperature of each node in the analysis region for each analysis surface using the cooling water temperature.
  8. 前記請求項4から請求項7のいずれかに記載のシステムにおいて、
    各地域各時期の気象データを記録した気象データ記録手段と、
    指定された解析対象地域及び時期の気象データを前記気象データ記録手段から読み出し、その気象データに基づいて地表面の熱収支量を算出する熱収支量算出手段とが備えられ、
    ベクトル作成手段は、前記熱収支量算出手段で算出された地表面の熱収支量を用いて熱荷重ベクトルを作成することを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    In the system according to any one of claims 4 to 7,
    Meteorological data recording means for recording the weather data for each period in each region;
    A heat balance amount calculating means for reading out the weather data of the designated analysis target area and time from the weather data recording means, and calculating a heat balance amount of the ground surface based on the weather data; and
    The vector conductor means creates a thermal load vector using the ground surface heat balance amount calculated by the heat balance amount calculator means.
  9. 地中の洞道内に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するプログラムであって、
    コンピュータを、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録する熱定数記録手段、
    洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段、
    ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段、
    洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段、
    前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段、
    前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段、
    前記洞道構成設定手段で設定された洞道及びケーブルの構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段、
    前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析対象領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段、
    前記発熱量算出手段及び空気温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量及び洞道内空気温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段、並びに、
    前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段として機能させることを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定プログラム。
    A program for estimating the conductor temperature of a power cable laid in a underground cave by using a cross section crossing the cave as an analysis surface and applying a finite element method to a predetermined region of the analysis surface,
    A thermal constant recording means for recording the thermal constants of the cable, the air in the cave and the surrounding components of the cave;
    A cave configuration setting means for setting a cave and its internal and external configurations,
    Energizing current setting means for setting the energizing current to the cable,
    Air data setting means for setting data relating to air movement in the cave;
    A calorific value calculating means for calculating a calorific value of the cable based on the energizing current set by the energizing current setting means;
    An air temperature calculating means for calculating the air temperature in the cave based on the data relating to the movement of air set by the air data setting means,
    Model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis region of the analysis surface crossing the sinus into finite elements based on the sinus and cable configurations set by the sinus configuration setting means,
    Matrix creation means for creating a heat capacity matrix and a heat conduction matrix for each node in the analysis target area using the thermal constant recorded in the thermal constant recording means;
    A vector creating means for creating a thermal load vector for each node in the analysis region based on the calorific value of the cable and the air temperature in the tunnel calculated by the calorific value calculating means and the air temperature calculating means, and
    Using the heat capacity matrix, the heat conduction matrix and the thermal load vector created by the matrix creating means and the vector creating means, function as a node temperature calculating means for calculating each node temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state. Cable conductor temperature estimation program considering the movement of air in the cave characterized by
  10. 前記請求項9に記載のプログラムにおいて、
    コンピュータを、洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段として機能させると共に、
    前記空気温度算出手段として機能させるときは、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出するように機能させ、かつ、
    節点温度算出手段として機能させるときは、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算するように機能させることを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定プログラム。
    In the program according to claim 9,
    The computer functions as an analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the sinus,
    When functioning as the air temperature calculation means, the air temperature in the cave is set to a predetermined temperature on the analysis surface most upstream with respect to the movement of air in the section, and each analysis surface downstream from the analysis surface is set. Functions to sequentially calculate the air temperature in the sinus on the downstream analysis surface based on the change in the air temperature in the sinus on the upstream analysis surface, and
    When functioning as a nodal temperature calculation means, the nodal temperature in the analysis area is calculated for each analysis surface using the air temperature in the sinus calculated by the air temperature calculation means for the nodes in contact with the air in the sinus. A cable conductor temperature estimation program that takes into account the movement of air in the cave characterized by functioning as follows.
  11. 地中の洞道内に冷却水管路と共に敷設された電力ケーブルの導体温度を、洞道を横断する断面を解析面とし、この解析面の所定領域に有限要素法を適用して推定するプログラムであって、
    コンピュータを、ケーブル、洞道内空気、冷却水管路、該管路内の冷却水及び洞道周辺構成要素の熱定数を記録した熱定数記録手段、
    洞道及びその内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、
    ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段、
    洞道内における空気の移動に関するデータを設定する空気データ設定手段、
    冷却水管路内における冷却水の移動に関するデータを設定する冷却水データ設定手段、
    前記通電電流設定手段で設定された通電電流に基づいてケーブルの発熱量を算出する発熱量算出手段、
    前記空気データ設定手段で設定された空気の移動に関するデータに基づいて洞道内空気温度を算出する空気温度算出手段、
    前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動に関するデータに基づいて冷却水温度を算出する冷却水温度算出手段、
    前記洞道構成設定手段で設定された洞道、ケーブル及び冷却水管路の構成に基づいて、洞道を横断する解析面の所定解析領域を有限要素分割して解析モデルを作成するモデル作成手段、
    前記熱定数記録手段に記録されている熱定数を用いて前記解析対象領域内の各節点についての熱容量マトリクス及び熱伝導マトリクスを作成するマトリクス作成手段、
    前記発熱量算出手段、空気温度算出手段及び冷却水温度算出手段でそれぞれ算出されたケーブルの発熱量、洞道内空気温度及び冷却水温度に基づいて前記解析領域内の各節点についての熱荷重ベクトルを作成するベクトル作成手段、並びに、
    前記マトリクス作成手段及びベクトル作成手段で作成された熱容量マトリクス、熱伝導マトリクス及び熱荷重ベクトルを用い、所定の初期状態から所定時間間隔で解析領域内の各節点温度を計算する節点温度計算手段として機能させることを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定プログラム。
    This program estimates the conductor temperature of a power cable laid along with a cooling water pipe in an underground cave by applying a finite element method to a predetermined area of the analysis plane with the cross-section crossing the cave as the analysis surface. And
    A thermal constant recording means for recording a computer, a thermal constant of a cable, air in a cave, cooling water pipe, cooling water in the pipe and components around the cave;
    A cave configuration setting means for setting a cave and its internal and external configurations;
    Energizing current setting means for setting the energizing current to the cable,
    Air data setting means for setting data relating to air movement in the cave;
    Cooling water data setting means for setting data relating to the movement of the cooling water in the cooling water pipeline,
    A calorific value calculating means for calculating a calorific value of the cable based on the energizing current set by the energizing current setting means;
    An air temperature calculating means for calculating the air temperature in the cave based on the data relating to the movement of air set by the air data setting means,
    Cooling water temperature calculating means for calculating a cooling water temperature based on data relating to the movement of the cooling water set by the cooling water data setting means,
    Model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis region of the analysis surface crossing the sinus finite element based on the configuration of the sinus, cable and cooling water pipe set by the sinus configuration setting means,
    Matrix creation means for creating a heat capacity matrix and a heat conduction matrix for each node in the analysis target area using the thermal constant recorded in the thermal constant recording means;
    A thermal load vector for each node in the analysis region is calculated based on the calorific value of the cable, the air temperature in the cave, and the cooling water temperature calculated by the calorific value calculating means, the air temperature calculating means, and the cooling water temperature calculating means, respectively. Vector creation means to create, and
    Using the heat capacity matrix, the heat conduction matrix and the thermal load vector created by the matrix creating means and the vector creating means, function as a node temperature calculating means for calculating each node temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state. Cable conductor temperature estimation program considering the movement of air in the cave characterized by
  12. 前記請求項11に記載のプログラムにおいて、
    コンピュータを、冷却水管路が設けられた洞道の所定区間に有限要素解析のための複数の解析面を設定する解析面設定手段として機能させると共に、
    前記空気温度算出手段として機能させるときは、前記区間における空気の移動に対して最も上流側の解析面では洞道内空気温度を所定の温度に設定し、該解析面より下流側の各解析面については、上流側解析面における洞道内空気温度の変化に基づいて順次下流側解析面における洞道内空気温度を算出するように機能させ、
    前記冷却水温度算出手段として機能させるときは、冷却水入口近傍の解析面における管路断面では冷却水温度を所定の入口温度に設定し、各解析面に位置する他の管路断面については、その上流側断面における冷却水温度の変化に基づいて順次下流側の断面における冷却水温度を算出するように機能させ、かつ、
    節点温度算出手段として機能させるときは、洞道内における空気に接する節点については前記空気温度算出手段で算出された洞道内空気温度を用いて、冷却水管路内面の節点については前記冷却水温度算出手段で算出された冷却水温度を用いて、各解析面ごとに解析領域内の各節点温度を計算するように機能させることを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定プログラム。
    In the program according to claim 11,
    The computer functions as an analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for the finite element analysis in a predetermined section of the sinus provided with the cooling water pipeline,
    When functioning as the air temperature calculation means, the air temperature in the cave is set to a predetermined temperature on the analysis surface most upstream with respect to the movement of air in the section, and each analysis surface downstream from the analysis surface is set. Function to calculate the air temperature in the sinus on the downstream analysis surface based on the change in the air temperature in the sinus on the upstream analysis surface,
    When functioning as the cooling water temperature calculating means, set the cooling water temperature to a predetermined inlet temperature in the pipe cross section in the analysis surface near the cooling water inlet, and for other pipe cross sections located in each analysis surface, Function to sequentially calculate the cooling water temperature in the downstream cross section based on the change in the cooling water temperature in the upstream cross section; and
    When functioning as a nodal temperature calculating means, the nodal air contact temperature calculated by the air temperature calculating means is used for the nodes in contact with the air in the sinuses, and the cooling water temperature calculating means for the nodal points of the cooling water pipe inner surface. A cable conductor temperature estimation program considering the movement of air in the cave, which functions to calculate each node temperature in the analysis region for each analysis surface using the cooling water temperature calculated in (1).
  13. 前記請求項9から請求項12のいずれかに記載のプログラムにおいて、
    コンピュータを、各地域各時期の気象データを記録した気象データ記録手段、及び、指定された解析対象地域及び時期の気象データを前記気象データ記録手段から読み出し、その気象データに基づいて地表面の熱収支量を算出する熱収支量算出手段として機能させると共に、
    ベクトル作成手段として機能させるときは、前記熱収支量算出手段で算出された地表面の熱収支量を用いて熱荷重ベクトルを作成するように機能させることを特徴とする洞道内空気の移動を考慮したケーブル導体温度推定プログラム。
    In the program according to any one of claims 9 to 12,
    The computer reads out the meteorological data recording means for recording the meteorological data for each period in each region, and the meteorological data for the designated analysis target area and time from the meteorological data recording means, and based on the meteorological data, While functioning as a heat balance amount calculation means for calculating the balance amount,
    When functioning as a vector creation means, it is considered to move the air in the cave characterized by creating a thermal load vector using the ground surface heat balance calculated by the heat balance calculation means. Cable conductor temperature estimation program.
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