JP2009025122A - Cable conductor temperature estimation method in consideration of latent heat effect in tunnel, cable conductor temperature estimation system, and cable conductor temperature estimation program - Google Patents

Cable conductor temperature estimation method in consideration of latent heat effect in tunnel, cable conductor temperature estimation system, and cable conductor temperature estimation program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system or the like capable of estimating a change of a conductor temperature of a power cable laid in an underground tunnel, in consideration of a latent heat effect by evaporation of water in the tunnel. <P>SOLUTION: A heating value of a cable 4, a heat transfer quantity between an air contact surface such as the inner surface of a tunnel constitution wall or the surface of the cable 4 and the air in the tunnel 1, and a latent heat transportation quantity caused by evaporation of water on a portion wetted by water caused by submergence or the like on the air contact surface are calculated on an analysis face crossing the tunnel 1 wherein the cable 4 is laid. Then, the change of the cable conductor temperature is estimated by using a finite element method based on a heat conduction equation, by using the values, a thermal constant at each portion, an evaporation efficiency of water, or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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潜熱効果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行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 system for estimating a conductor temperature of a power cable disposed in the ground, particularly a cable conductor temperature by a finite element method in consideration of a latent heat effect in a sinus where a cable is disposed, The present invention relates to a program for executing a system using a computer and belongs to the field of temperature analysis technology using a finite element method.
地中に電力ケーブルを配設する際には、該ケーブルに目標電流を通電したときに、ケーブル導体温度が所定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を設定する必要があり、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。   When installing a power cable in the ground, it is necessary to set the type and size of the cable so that the cable conductor temperature does not exceed the predetermined allowable temperature when the target current is passed through the cable. As a guideline, a power cable allowable current calculation manual (JCS168E) is provided by the Japan Electrical Wire Manufacturers Association.
しかし、このマニュアルでは、ケーブルの周囲の土壌等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、ケーブル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、或いは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 cable are fixed values set on the safe side, so the calculated value of the cable conductor temperature is higher than the actual value. As a result, there was a waste such as limiting the energizing current or increasing the size of the cable more than necessary.
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、本願出願人は先の特許出願でケーブル導体温度の新たな推定方法に関する発明を提案したところである。   In response to such problems, in recent years, more accurate estimation of the conductor temperature has been attempted for the purpose of efficient operation of the power cable, etc. An invention relating to a new estimation method has been proposed.
このうち、特許文献1に開示された発明は、ケーブルの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、地表面における熱収支量等に基づいて、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により、該導体温度の経時変化を精度よく推定可能としたものである。   Among these, the invention disclosed in Patent Document 1 calculates the heat generation amount due to the energization current of the cable, the heat generation amount, the heat constant of the preset cable conduit and the surrounding soil, and the heat balance amount on the ground surface. Based on the above, by simulating the cable conductor temperature at a specific point using the finite element method, it is possible to accurately estimate the temporal change of the conductor temperature.
また、特許文献2に開示された発明は、前記特許文献1のものに加えて、ケーブルに冷却水管路を並設した場合の冷却効果を考慮してケーブル導体温度をシミュレーションするようにしたものであり、さらに、特許文献3に開示された発明は、ケーブルが地中に設けられた洞道内に敷設されている場合に、その洞道内における空気の移動に伴う温度の変化を考慮してケーブル導体温度をシミュレーションするようにしたものである。   Further, the invention disclosed in Patent Document 2 simulates the cable conductor temperature in consideration of the cooling effect in the case where the cooling water pipes are arranged in parallel with the cable in addition to that of Patent Document 1. Further, in the invention disclosed in Patent Document 3, when a cable is laid in a cave provided in the ground, a cable conductor is considered in consideration of a change in temperature due to air movement in the cave. The temperature is simulated.
特開2004−112964号公報JP 2004-112964 A 特開2006−038631号公報JP 2006-038631 A 特開2006−250689号公報JP 2006-250689 A
以上のように、前記の背景技術として開示した発明によれば、それぞれの条件の下でケーブル導体温度が高精度に推定されることが期待されるが、さらに推定精度を向上させるためには、ケーブルが洞道内に敷設される場合については、該洞道内における水の蒸発がケーブル導体温度に与える影響を考慮する必要がある。   As described above, according to the invention disclosed as the background art, it is expected that the cable conductor temperature is estimated with high accuracy under each condition, but in order to further improve the estimation accuracy, In the case where the cable is laid in the cave, it is necessary to consider the influence of water evaporation in the cave on the cable conductor temperature.
つまり、洞道内にはその床面や側壁面から地中の水が滲出たり、洞道の出入口や通気口を通じて外部の水が浸入することがあり、その水が蒸発する際に洞道内から気化潜熱として熱を奪うことになるが、これによって、該洞道内の温度ひいてはケーブル導体温度が影響を受けることになる。また、洞道内に冷却水管路が配設される場合には、該管路内の水を洞道内に散水し、その蒸発によって洞道内を積極的に冷却することも考えられるので、その場合の効果を推定する必要がある。   In other words, underground water may ooze from the floor and side walls of the cave, and external water may enter through the cave's entrances and vents, and vaporize from the cave when the water evaporates. Heat will be taken away as latent heat, but this will affect the temperature in the sinus and thus the cable conductor temperature. In addition, when a cooling water pipe is provided in the cave, water in the pipe can be sprayed into the cave and the inside of the cave can be actively cooled by evaporation thereof. It is necessary to estimate the effect.
そこで、本発明は、洞道内における水の蒸発に伴う潜熱効果を考慮してケーブル導体温度を推定することにより、該導体温度の推定精度をさらに向上させることを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to further improve the estimation accuracy of the conductor temperature by estimating the cable conductor temperature in consideration of the latent heat effect accompanying water evaporation in the sinus.
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、コンピュータにより有限要素法を用いて推定する方法であって、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数と、洞道内の空気接触面と洞道内空気との間の熱伝達率と、洞道内の空気接触面における水の蒸発に関連する蒸発関連値とを用い、前記空気接触面と空気との間の伝熱量と、該空気接触面のうちの所定の領域における潜熱輸送量とを計算すると共に、該伝熱量及び潜熱輸送量とケーブルの発熱量とから、該ケーブルの導体温度の変化を推定することを特徴とする。   First, the invention according to claim 1 of the present application is a method for estimating the conductor temperature of a power cable laid in an underground cave by using a finite element method by a computer, the cable, the air in the cave and Using the thermal constants of the components around the cave, the heat transfer coefficient between the air contact surface in the cave and the air in the cave, and the evaporation related values related to the evaporation of water at the air contact surface in the cave, Calculating the amount of heat transfer between the air contact surface and the air and the amount of latent heat transport in a predetermined region of the air contact surface, and calculating the amount of heat transfer from the heat transfer amount and the amount of latent heat transport and the amount of heat generated by the cable. It is characterized by estimating a change in the conductor temperature of the conductor.
ここで、前記洞道周辺構成要素としては、例えば、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り、熱定数としては、例えば、各構成要素の比熱容量や熱伝導率(熱抵抗)があり、また、蒸発関連値としては、例えば、水が蒸発する際に周囲から奪う気化潜熱や、潜熱輸送量計算領域の水の蒸発効率等がある。   Here, examples of the components around the cave include a cave wall for forming a cave in the ground, soil around the cave, and the thermal constant, for example, specific heat capacity of each component And evaporation-related values include, for example, latent heat of vaporization taken from the surroundings when water evaporates, water evaporation efficiency in the latent heat transport amount calculation region, 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、前記伝熱量及び潜熱輸送量の計算に用いられる洞道内空気の温度及び湿度は、洞道内における空気の移動を考慮し、上流側の温度及び湿度を反映させた値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, wherein the temperature and humidity of the air in the cave used for calculating the heat transfer amount and the latent heat transfer amount take air movement in the cave into consideration. And a value reflecting the upstream temperature and humidity is used.
一方、請求項3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であって、ケーブルの配置を含む洞道内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、洞道内の空気接触面のうちの水の蒸発による潜熱輸送を考慮する領域を設定する潜熱輸送領域設定手段と、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を設定する熱定数設定手段と、ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段と、洞道内の空気接触面と該洞道内の空気との間の熱伝達率設定手段と、洞道内の空気接触面における水の蒸発に関連する蒸発関連値を設定する蒸発関連値設定手段と、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、前記熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて洞道内の空気接触面と洞道内空気との間の伝熱量を算出する空気伝熱量算出手段と、前記蒸発関連値設定手段で設定された蒸発関連値を用いて前記領域設定手段で設定された潜熱輸送領域における水の蒸発による潜熱輸送量を算出する潜熱輸送量算出手段と、前記洞道構成設定手段で設定された構成に基づいて、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で算出されたケーブルの発熱量、前記空気伝熱量算出手段で算出された洞道内の空気接触面と空気との間の伝熱量、及び前記潜熱輸送量算出手段で算出された潜熱輸送量を用い、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 described in claim 3, 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. System to estimate the configuration of the inside and outside of the cave, including the cable layout, and an area to consider the latent heat transport due to water evaporation in the air contact surface in the cave Latent heat transport area setting means, thermal constant setting means for setting the thermal constants of the cable, air in the cave and surrounding components, energizing current setting means for setting the energizing current to the cable, and air contact in the cave A heat transfer coefficient setting means between the surface and the air in the cave, an evaporation related value setting means for setting an evaporation related value related to the evaporation of water on the air contact surface in the cave, and the energizing current setting means Based on the set energizing current A heat generation amount calculating means for calculating the heat generation amount of the bull, and an air transfer for calculating a heat transfer amount between the air contact surface in the cave and the air in the cave using the heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting means. A calorific value calculating means; and a latent heat transport amount calculating means for calculating a latent heat transport amount due to water evaporation in the latent heat transport area set by the area setting means using the evaporation related value set by the evaporation related value setting means; Based on the configuration set by the sinus configuration setting unit, model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis region of the analysis surface crossing the sinus into finite elements, and recorded in the thermal constant recording unit Matrix generating means for creating a heat capacity matrix and a heat conduction matrix for each node in the analysis region using the thermal constants, and the heat generation amount of the cable calculated by the heat generation amount calculation means, the air transfer Using the heat transfer amount between the air contact surface in the cave and air calculated by the amount calculation means and the latent heat transfer amount calculated by the latent heat transfer amount calculation means, a thermal load for each node in the analysis region Vector creating means for creating a vector, and each nodal temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state using a heat capacity matrix, a heat conduction matrix and a thermal load vector created by the matrix creating means and the vector creating means And a nodal temperature calculating means for calculating.
ここで、前記各設定手段による各種データの設定は、予め記録手段に記録されているデータを読み出す場合、解析時にデータを入力する場合、これらを併用する場合、さらに、これらのデータを用いて計算する場合がある。   Here, the setting of various data by each of the setting means is carried out by reading data recorded in advance in the recording means, inputting data at the time of analysis, using them together, and further using these data. There is a case.
また、請求項4に記載の発明は、前記請求項3に記載のシステムにおいて、前記潜熱輸送量算出手段により水の蒸発による潜熱輸送量を算出した後、その蒸発後の洞道内空気の湿度を算出して該湿度の値を更新する湿度更新手段が備えられており、前記潜熱輸送量算出手段は、該湿度更新手段で更新された湿度を用いて潜熱輸送量を算出することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the system of the third aspect, after calculating the latent heat transport amount by water evaporation by the latent heat transport amount calculating means, the humidity of the air in the sinus after the evaporation is calculated. Humidity update means for calculating and updating the humidity value is provided, wherein the latent heat transfer amount calculation means calculates the latent heat transfer amount using the humidity updated by the humidity update means. .
また、請求項5に記載の発明は、前記請求項3又は請求項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が備えられ、前記空気伝熱量算出手段は、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用い、前記潜熱輸送量算出手段は、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用いることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the system according to claim 3 or claim 4, wherein the analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the sinus, Air data setting means for setting data relating to the movement of air in the cave, wherein the air heat transfer amount calculation means sets the air temperature set by the air data setting means as the air temperature used in the heat transfer amount calculation. Depending on the state of movement, the air temperature obtained on the upstream analysis surface is used, and the latent heat transport amount calculating means is set by the air data setting means as the air temperature and humidity used in calculating the latent heat transport amount. The air temperature and humidity on the upstream analysis surface are used according to the state of air movement.
また、請求項6に記載の発明は、前記請求項3又は請求項4に記載のシステムにおいて、洞道内に冷却水管路を設定する冷却水管路設定手段と、該冷却水管路設定手段で設定された冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の熱伝達率設定手段と、該熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の伝熱量を算出する冷却水伝熱量算出手段とが備えられ、前記熱定数記録手段は、冷却水管路及び該管路内の冷却水の熱定数を記録し、前記洞道構成設定手段は、冷却水管路の構成を含めた洞道内外の構成を設定し、前記ベクトル作成手段は、前記冷却水伝熱量算出手段によって算出された冷却水管路内面と冷却水との間の伝熱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 6 is set in the system according to claim 3 or claim 4 by a cooling water pipe setting means for setting a cooling water pipe in the sinus and the cooling water pipe setting means. The heat transfer coefficient setting means between the inner surface of the cooling water pipe and the cooling water in the pipe, and the inner surface of the cooling water pipe and the pipe using the heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting means Cooling water heat transfer amount calculating means for calculating the heat transfer amount between the cooling water in the cooling water, the thermal constant recording means records the heat constant of the cooling water pipe and the cooling water in the pipe, The cave configuration setting means sets the configuration inside and outside the cave including the configuration of the cooling water pipe, and the vector creating means is configured to calculate the cooling water pipe inner surface and the cooling water calculated by the cooling water heat transfer amount calculation means. A heat load vector is created using the amount of heat transferred between the two.
ここで、冷却水管路の構成としては、その本数、直径、配設位置等がある。また、節点温度計算手段が計算を開始する際には、初期状態として、冷却水管路及び冷却水の温度の初期値が与えられる。   Here, the configuration of the cooling water conduit includes the number, diameter, arrangement position, and the like. When the nodal temperature calculating means starts calculation, initial values of the cooling water pipe line and the cooling water temperature are given as the initial state.
また、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、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、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が備えられ、前記空気伝熱量算出手段は、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用い、前記潜熱輸送量算出手段は、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用い、前記冷却水伝熱量算出手段は、伝熱量算出の際に用いる冷却水温度として、前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた冷却水温度を用いることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the system according to claim 6, wherein the analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the sinus, and the air in the sinus Air data setting means for setting data relating to the movement of the cooling water, and cooling water data setting means for setting data relating to the movement of the cooling water in the cooling water pipe, wherein the air heat transfer amount calculating means is configured to calculate the heat transfer amount. As the air temperature used in the above, the air temperature obtained on the upstream analysis surface is used according to the state of air movement set by the air data setting means, and the latent heat transport amount calculating means calculates the latent heat transport amount. As the air temperature and humidity used at the time, according to the air movement state set by the air data setting means, the air temperature and humidity on the upstream analysis surface are used to calculate the cooling water heat transfer amount. The stage uses the cooling water temperature obtained on the upstream analysis surface according to the state of movement of the cooling water set by the cooling water data setting means as the cooling water temperature used in calculating the heat transfer amount. Features.
そして、請求項8に記載の発明は、前記請求項3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、前記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 3 to 7, wherein the meteorological data recording means for recording the meteorological data of each period in each region, and the designated analysis target area And a heat balance amount calculating means for reading out the weather data of the season from the weather data recording means and calculating a heat balance amount of the ground surface based on the weather data, and the vector creating means calculates the heat balance amount The thermal load vector is created using the ground surface heat balance calculated by the means.
一方、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であって、コンピュータを、ケーブルの配置を含む洞道内外の構成を設定する洞道構成設定手段、洞道内の空気接触面のうちの水の蒸発による潜熱輸送を考慮する領域を設定する潜熱輸送領域設定手段、ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を設定する熱定数設定手段、ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段、洞道内の空気接触面と該洞道内の空気との間の熱伝達率設定手段、洞道内の空気接触面における水の蒸発に関連する蒸発関連値を設定する蒸発関連値設定手段、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、前記熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて洞道内の空気接触面と洞道内空気との間の伝熱量を算出する空気伝熱量算出手段、前記蒸発関連値設定手段で設定された蒸発関連値を用いて前記領域設定手段で設定された潜熱輸送領域における水の蒸発による潜熱輸送量を算出する潜熱輸送量算出手段、前記洞道構成設定手段で設定された構成に基づいて、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で算出されたケーブルの発熱量、前記空気伝熱量算出手段で算出された洞道内の空気接触面と空気との間の伝熱量、及び前記潜熱輸送量算出手段で算出された潜熱輸送量を用い、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、及び、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。   On the other hand, in the invention described in claim 9, 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. A path configuration setting means for setting a configuration inside and outside the sinus including the arrangement of the cable, and an area in consideration of latent heat transport due to water evaporation in the air contact surface in the sinus Latent heat transport area setting means for setting the cable, heat constant setting means for setting the thermal constants of the air in the cave and the surrounding components of the cave, energizing current setting means for setting the energizing current to the cable, the air contact surface in the cave The heat transfer coefficient setting means between the air and the air in the cave, the evaporation related value setting means for setting the evaporation related value related to the evaporation of water on the air contact surface in the cave, and the energization current setting means Based on energizing current A heat generation amount calculating means for calculating a heat generation amount of the cable, and an air transfer for calculating a heat transfer amount between the air contact surface in the cave and the air in the cave using the heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting means. A latent heat transport amount calculating means for calculating a latent heat transport amount by water evaporation in a latent heat transport region set by the region setting means, using the evaporation related value set by the evaporation related value setting means; On the basis of the configuration set by the road configuration setting means, model creation means for creating an analysis model by dividing a predetermined analysis region of the analysis surface crossing the cave by finite element, heat 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 constants, the heat generation amount of the cable calculated by the heat generation amount calculation means, and the air heat transfer amount The heat load vector for each node in the analysis region using the heat transfer amount between the air contact surface in the cave calculated by the exit means and the air and the latent heat transport amount calculated by the latent heat transport amount calculation means A vector generating means for generating the temperature, and each nodal temperature in the analysis region at a predetermined time interval from a predetermined initial state using a heat capacity matrix, a heat conduction matrix and a thermal load vector generated by the matrix generating means and the vector generating means. It is made to function as a nodal temperature calculation means for calculating.
また、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、前記潜熱輸送量算出手段により水の蒸発による潜熱輸送量を算出した後、その蒸発後の洞道内空気の湿度を算出して該湿度の値を更新する湿度更新手段として機能させると共に、前記潜熱輸送量算出手段として機能させるときは、前記湿度更新手段で更新された湿度を用いて潜熱輸送量を算出するように機能させることを特徴とする。   The invention according to claim 10 is the program according to claim 9, wherein the computer calculates the latent heat transport amount by water evaporation by the latent heat transport amount calculating means, and then the air in the sinus after the evaporation is calculated. Function as a humidity update unit that calculates the humidity value and updates the value of the humidity, and when functioning as the latent heat transfer amount calculation unit, the latent heat transfer amount is calculated using the humidity updated by the humidity update unit. It is made to function like this.
また、請求項11に記載の発明は、前記請求項9又は請求項10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、及び、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して機能させると共に、前記空気伝熱量算出手段として機能させるときは、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用いるように機能させ、前記潜熱輸送量算出手段として機能させるときは、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用いるように機能させることを特徴とする。   The invention according to claim 11 is the program according to claim 9 or 10, wherein the computer sets an analysis surface for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the sinus. And air data setting means for setting data relating to air movement in the cave, and when functioning as the air heat transfer amount calculation means, the air data is used as the air temperature used in the heat transfer amount calculation. When functioning to use the air temperature obtained on the upstream analysis surface according to the air movement state set by the setting means and functioning as the latent heat transport amount calculating means, the latent heat transport amount is calculated. As the air temperature and humidity used in the above, the air temperature and humidity on the upstream analysis surface are used according to the air movement state set by the air data setting means. Characterized in that to function so that.
また、請求項12に記載の発明は、前記請求項9又は請求項10に記載のプログラムにおいて、コンピュータを、洞道内に冷却水管路を設定する冷却水管路設定手段、該冷却水管路設定手段で設定された冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の熱伝達率設定手段、及び、該熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の伝熱量を算出する冷却水伝熱量算出手段として機能させると共に、前記熱定数記録手段として機能させるときは、冷却水管路及び該管路内の冷却水の熱定数を記録するように機能させ、前記洞道構成設定手段機能させるときは、冷却水管路の構成を含めた洞道内外の構成を設定するように機能させ、前記ベクトル作成手段として機能させるときは、前記冷却水伝熱量算出手段によって算出された冷却水管路内面と冷却水との間の伝熱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。   The invention according to claim 12 is the program according to claim 9 or claim 10, wherein the computer includes a cooling water pipe setting means for setting a cooling water pipe in the sinus and the cooling water pipe setting means. A heat transfer coefficient setting means between the set inner surface of the cooling water pipe and the cooling water in the pipe, and an inner surface of the cooling water pipe using the heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting means When functioning as the cooling water heat transfer amount calculating means for calculating the heat transfer amount between the cooling water in the pipe and the heat constant recording means, the cooling water pipe and the cooling water in the pipe are When functioning to record the thermal constant and functioning the sinus configuration setting means, when functioning to set the configuration inside and outside the sinus including the configuration of the cooling water pipeline and functioning as the vector creation means Is the cooling water heat transfer calculation Characterized in that to function so as to create a thermal load vector using the amount of heat transfer between the calculated cooling water lines the inner surface and the cooling water by means.
また、請求項13に記載の発明は、前記請求項12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、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、及び、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して機能させると共に、前記空気伝熱量算出手段として機能させるときは、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用いるように機能させ、前記潜熱輸送量算出手段として機能させるときは、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用いるように機能させ、前記冷却水伝熱量算出手段として機能させるときは、伝熱量算出の際に用いる冷却水温度として、前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた冷却水温度を用いるように機能させることを特徴とする。   The invention according to claim 13 is the program according to claim 12, wherein the computer sets 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 air data setting means for setting data relating to air movement in the air and as cooling water data setting means for setting data relating to movement of cooling water in the cooling water pipe, and as the air heat transfer amount calculating means The function of using the air temperature obtained on the upstream analysis surface in accordance with the air movement state set by the air data setting means as the air temperature used when calculating the heat transfer amount, When functioning as the transport amount calculating means, the air temperature and humidity used for calculating the latent heat transport amount are set by the air data setting means. According to the state of air movement, when functioning to use the air temperature and humidity in the upstream analysis surface, and functioning as the cooling water heat transfer amount calculating means, as the cooling water temperature used when calculating the heat transfer amount, According to the cooling water movement state set by the cooling water data setting means, the cooling water temperature obtained on the upstream analysis surface is used.
そして、請求項14に記載の発明は、前記請求項9から請求項13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、前記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 fourteenth aspect of the present invention, in the program according to any one of the ninth to thirteenth aspects, the computer includes a meteorological data recording means for recording meteorological data for each period in each region, and specified. The meteorological data of the analyzed area and time is read from the meteorological data recording means, and functions as a heat balance amount calculating means for calculating the heat balance amount of the ground surface based on the meteorological data, and also functions as the vector generating means. In some cases, the heat balance vector is made to function so as to create a thermal load vector using the heat balance amount of the ground surface 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を推定する際に、前記ケーブルの発熱や洞道内外の構成等に加えて、洞道内の空気接触面における水の蒸発による潜熱効果も考慮して推定されることになる。   First, according to the method of claim 1 of the present application, when estimating the conductor temperature of the power cable laid in the underground cave, in addition to the heat generation of the cable and the configuration inside and outside the cave, It is estimated in consideration of the latent heat effect due to water evaporation on the air contact surface in the sinus.
つまり、洞道内の床面や側壁面は地中から滲み出た水で濡れていたり、外部から水が浸入したり、或いは冷却のために積極的に散水したりすることがあり、これらの場合、その水が蒸発することによって気化潜熱として洞道内の熱が奪われることになるが、請求項1の方法によれば、この潜熱効果が考慮されて導体温度が計算されるので、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。   In other words, the floors and side walls in the cave may be wet with water that has exuded from the ground, water may enter from the outside, or may be actively sprinkled for cooling. As the water evaporates, the heat in the cave is taken away as latent heat of vaporization. According to the method of claim 1, the conductor temperature is calculated in consideration of this latent heat effect. The simulation of the temperature change is performed with high accuracy. 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の方法によれば、前記請求項1の方法において、洞道内の空気接触面と洞道内空気との間の伝熱量や潜熱輸送量に影響する洞道内空気の温度及び湿度が、該空気の移動を考慮して算出されるので、潜熱効果を含む導体温度のシミュレーションが、一層精度よく行われることになる。   Further, according to the method of claim 2, in the method of claim 1, the temperature and humidity of the air in the cave that influences the amount of heat transfer and latent heat transport between the air contact surface in the cave and the air in the cave Since the calculation is performed in consideration of the movement of the air, the simulation of the conductor temperature including the latent heat effect is performed with higher accuracy.
一方、請求項3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、洞道内の空気接触面における水の蒸発による潜熱輸送量を考慮してケーブル導体温度が推定されることにより、その変化のシミュレーションが迅速かつ精度よく行われることになる。   On the other hand, according to the system described in claim 3, the method described in claim 1 is specifically executed by using various hardware resources such as a central processing unit, a recording device, and an input / output device of a computer. By estimating the cable conductor temperature in consideration of the amount of latent heat transport due to water evaporation on the air contact surface in the road, the change can be simulated quickly and accurately.
その場合に、請求項4に記載のシステムによれば、潜熱輸送量の計算に必要な洞道内空気の湿度が水の蒸発によって変化することに着目し、該潜熱輸送量に際しては常に更新された湿度を用いることにより、前記シミュレーションがさらに精度よく行われることになる。   In that case, the system according to claim 4 pays attention to the fact that the humidity of the air in the cave required for calculation of the latent heat transport amount changes due to the evaporation of water, and the latent heat transport amount is constantly updated. By using humidity, the simulation is performed with higher accuracy.
また、請求項5に記載のシステムによれば、前記請求項3又は請求項4のシステムにおいて、洞道内に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の温度と湿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、空気の移動による効果が正しく反映されて、シミュレーションが一層精度よく行われることになる。   According to the system of claim 5, in the system of claim 3 or claim 4, a plurality of analysis surfaces are set in the sinus, and the temperature of the air in the sinus due to the movement of air between adjacent analysis surfaces. Since the simulation of the conductor temperature on each analysis surface is performed while passing the humidity, the effect of the air movement is correctly reflected and the simulation is performed with higher accuracy.
また、請求項6に記載のシステムによれば、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 the sixth aspect, the change in the cable conductor temperature in the case where the cooling water pipe is disposed in the cave is simulated using a computer, so that the cooling water pipe can be effectively arranged. Designing can be done easily and quickly.
また、請求項7に記載のシステムによれば、前記請求項6のシステムにおいて、洞道内に複数の解析面を設定し、隣接解析面間での空気の移動による洞道内空気の温度と湿度の受け渡し、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、空気や冷却水の移動による効果が正しく反映されて、シミュレーションが一層精度よく行われることになる。   According to the system of claim 7, in the system of claim 6, a plurality of analysis surfaces are set in the sinus, and the temperature and humidity of the air in the sinus due to the movement of air between adjacent analysis surfaces are determined. Conducting the simulation of the conductor temperature on each analysis surface while delivering the cooling water temperature by transferring and moving the cooling water, the effect of the movement of air and cooling water is correctly reflected, and the simulation is performed more accurately It will be.
さらに、請求項8に記載のシステムによれば、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 claim 8, since the cable conductor temperature is calculated including the heat balance on the ground surface, the simulation is performed in a state closer to reality.
一方、請求項9〜請求項14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、前記請求項3〜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。   On the other hand, according to the program described in claims 9 to 14, a system similar to the system described in claims 3 to 8 is configured by installing these in a computer. The same effect as these systems 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プログラムの実施の形態を構成する。   Embodiments of the present invention will be described below. 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 the program is configured.
まず、図1により、シミュレーションの対象となる洞道モデルの構成を説明すると、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。   First, the configuration of a cave model to be simulated will be described with reference to FIG. 1. 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、洞道1内に冷却水管路6が配設されている。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 conduit 6 is disposed in the sinus 1. 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.
なお、本実施の形態では、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, it is possible to simulate the cable conductor temperature even for a model in which the cooling water pipe 6 is not provided.
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3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. 3, a computer 10 constituting this system includes a central processing unit 11, a central processing unit 11, 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、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、蒸発効率データベースDB8、冷却水物性データベースDB9、地温データベースDB10、気象データベースDB11、及び負荷率データベースDB12が記録されるようになっている。   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, a cable database DB6, an air physical property database DB7, An evaporation efficiency database DB8, a cooling water property database DB9, a ground temperature database DB10, a weather database DB11, and a load factor database DB12 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4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. 4, 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5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。   Further, as shown in FIG. 5, the name, mass density, specific heat, and thermal resistance are recorded in the cave wall thermal constant database DB2 for each material constituting the cave wall.
また、管路壁熱定数データベースDB3は、図6に示すように、冷却水管路について、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。   Further, as shown in FIG. 6, the pipe wall thermal constant database DB3 records the name, mass density, specific heat, and thermal resistance of each cooling water pipe for each material.
また、流体熱定数データベースDB4は、図7に示すように、静止状態及び流動状態の洞道内空気、並びに静止状態及び流動状態の冷却水について、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. 7, the fluid thermal constant database DB4 records mass density, specific heat, and thermal resistance for the air in the cave in the stationary state and the flowing state, and the cooling water in the stationary state and the flowing state, respectively. It is like that.
また、管路寸法データベースDB5は、図8に示すように、冷却水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. 8, the pipe dimension database DB5 records the name, outer diameter, and inner diameter of each specification of the cooling water pipe.
また、ケーブルデータベースDB6は、図9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。   In addition, as shown in FIG. 9, the cable database DB6 has outer diameters for conductors, insulators, and sheaths constituting the line, using the applied voltage, type name, number of cores, and size as indexes 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10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。   Further, as shown in FIG. 10, the air property database DB7 records the kinematic viscosity coefficient, the Prandtl number, and the thermal conductivity of the air in the sinus for each temperature.
また、蒸発効率データベースDB8は、図11に示すように、洞道内の空気接触面における水の蒸発効率を予め記録しておくもので、図1に示す洞道1の床面2a、両側の壁面2b、ケーブル4の表面、及び冷却水管路6の表面における水の蒸発効率、即ちこれらの面が浸水等により水に濡れている場合における該表面からの水の蒸発のし易さを1以下の値で記録するようになっている。   Further, as shown in FIG. 11, the evaporation efficiency database DB8 records in advance the evaporation efficiency of water on the air contact surface in the cave, and the floor surface 2a of the cave 1 shown in FIG. 2b, the evaporation efficiency of water on the surface of the cable 4 and the surface of the cooling water pipe 6, that is, the ease of evaporation of water from the surface when these surfaces are wetted by water or the like is 1 or less. The value is recorded.
また、冷却水物性データベースDB9は、図12に示すように、前記空気物性データベースDB7と同様に、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。   Further, as shown in FIG. 12, the cooling water physical property database DB9 records the kinematic viscosity coefficient, the Prandtl number, and the thermal conductivity of the cooling water for each temperature in the same manner as the air physical property database DB7.
また、地温データベースDB10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 DB10 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DB11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。   In addition, as shown in FIG. 14 for example in Tokyo, the weather database DB11 records each hour of temperature, humidity, wind speed, solar radiation, and precipitation data for each area for each region. It has become.
また、負荷率データベースDB12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。   In addition, as shown in FIG. 15, the load factor database DB12 has each of the energization amounts at the time when the amount of electricity used is highest during the year, for example, at 14:00 on weekdays in August 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〜DB12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、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 each of the databases DB1 to DB12 and the data set by the input device 12, etc., the finite element method Is used to calculate the temperature of each part of the analysis area crossing the cable in the specified analysis area at a specified time interval, and simulate the changes in the cable conductor temperature reflecting the effects of air movement in the cave and cooling water. To work.
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、
(1) K(∂θ/∂x)+K(∂θ/∂y)+Q=ρC(∂θ/∂t)
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:
(1) K X (∂ 2 θ / ∂ x 2 ) + K Y (∂ 2 θ / ∂ y 2 ) + Q = ρC (∂θ / ∂t)
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 the heat balance per unit volume, internal heat generation, etc., ρ is the mass density, and C is the 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、
(2) [C]・[dθ/dt]+[K]・[θ]=[Q]
となる。
When this equation (1) is expressed in a matrix for application of the finite element method,
(2) [C] · [dθ / dt] + [K] · [θ] = [Q]
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 region (length on the analysis surface × unit length).
地中内の節点のうちの導体内部等の内部発熱がある節点については、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)との積を示す。 Among nodes in the ground, for nodes having internal heat generation such as the inside of a conductor, the unit volume in the region represented by the node, the internal heat generation amount Q2 (J / sec · cm 3 ) per unit time, and the region Is the product of the volume (area on the analysis surface × unit length).
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。 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. A product of a unit area in a region, a heat transfer amount Q3 (J / sec · cm 2 ) per unit time and an area of the region (length on the analysis surface × unit length) is shown.
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。 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。 Similarly, terms Q j of the thermal load vector [Q] for the nodes of the cooling water pipe inner surface unit area in the region of the conduit interior surface, represented by the nodes, the amount of heat transfer per unit time Q5 (J / sec * The product of cm 2 ) and the area of the region (length on the analysis surface × unit length).
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。 In addition, a single node representative of the cooling water is set for the inside of the cooling water pipe, and the unit area of the cooling water and the heat transfer amount Q6 (J / sec · cm 2 ) per unit time are set for the node. 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水管路内等になく、かつ内部発熱を伴わない領域、即ち土層中や洞道壁及び管路壁内部等にある場合には、その節点についての熱荷重ベクトル[Q]の項Qの値は0となる。 If a node is not on the ground surface, in a cave or in a cooling water pipe, and is not accompanied by internal heat generation, that is, in the soil layer, inside a cave wall or inside a pipe wall, etc. The value of the term Q j of the thermal load vector [Q] is zero.
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、
(3) (2[C]t″/Δt+[K]t″)[θ]t′
=(2[C]t″/Δt−[K]t″)[θ] +2[Q]t″
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:
(3) (2 [C] t ″ / Δt + [K] t ″ ) [θ] t ′
= (2 [C] t ″ / Δt− [K] t ″ ) [θ] t +2 [Q] t ″
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の各項には、各節点の位置(深さ)や時期等に応じた地温或いは別途設定された温度を与え、また、節点温度の時間微分ベクトルの初期値[dθ/dt]t=0の各項には0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, each term of the initial value [θ] t = 0 of the node temperature vector is given a ground temperature or a separately set temperature according to the position (depth) or time of each node, and the time of the node temperature Initial value [dθ / dt] of differential vector 0 is given to each term of t = 0 , and the nodal temperature vector [θ] is sequentially calculated every predetermined analysis period Δt from that state for an arbitrary period.
なお、洞道内空気及び冷却水を代表する節点についての初期値は、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。   Note that the initial values for the nodes representing the air and cooling water in the cave are the depth and timing when the analysis is started from a steady state (a sufficient time has passed since the cave air and cooling water stopped). The temperature is set to the same temperature as the ground temperature, but when the analysis is started from the state where the air in the cave or the cooling water is flowing or when it starts to flow, the separately set temperature is set as the initial value.
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は、熱荷重ベクトル[Q]の項Qの値として、前述のように、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)が用いられ、この実施の形態では、それぞれ次のように計算される。 On the other hand, in this simulation, as the value of the term Q j of the thermal load vector [Q], as described above, the heat balance amount Q1 (J / sec · cm 2 ) at the node on the ground surface, the internal at the node inside the conductor calorific value Q2 (J / sec · cm 3 ), the amount of heat transfer Q3 at the node of the sinus tract air contact surface (J / sec · cm 2) , the amount of heat transfer nodes representative of sinus tract air Q4 (J / sec · cm 2 ), The heat transfer amount Q5 (J / sec · cm 2 ) at the node on the inner surface of the cooling water pipe, and the heat transfer amount Q6 (J / sec · cm 2 ) at the node representative of the cooling water are used. In this embodiment, Each is calculated as follows.
まず、地表面の節点における熱収支量Q1は、日射吸収量をQ11、大気から地表面への輻射量をQ12、地表面から大気への輻射量をQ13、地表面から大気への伝熱量をQ14として、
(4) Q1=Q11+Q12−Q13−Q14
と定義する。
First, the heat balance Q1 at the nodes on the ground surface is the solar radiation absorption amount Q11, the radiation amount from the atmosphere to the ground surface Q12, the radiation amount from the ground surface to the atmosphere Q13, and the heat transfer amount from the ground surface to the atmosphere. As Q14,
(4) Q1 = Q11 + Q12-Q13-Q14
It is defined as
ここで、日射吸収量Q11は、
(4−1) Q11=日射量×(1−地表面反射率)
である。
Here, the amount of solar radiation absorption Q11 is
(4-1) Q11 = Solar radiation amount x (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、
(4−2) Q12=σ×ε12×T
(4−3) Q13=σ×ε13×T′
で示される。
Further, 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),
(4-2) Q12 = σ × ε12 × T 4
(4-3) 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、
(4−4) 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
(4-4) Q14 = ρ ′ × Cp × D × (T′−T)
It is defined as
ここで、ρ′は大気の密度(g/cm)、Cpは大気の定圧比熱(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 density of the atmosphere (g / cm 3 ), Cp is the constant pressure specific heat of the atmosphere (J / g · ° K), T ′ is the temperature of the element on the ground surface (° K), and T is the atmospheric temperature. (° K), D is an external diffusion coefficient (cm / sec), and U is a 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DB11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 DB11. 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 amount 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、ケーブル導体内の節点における内部発熱量Q2は、
(5) Q2=(I×RAC)/S
と定義する。
Also, the internal heating value Q2 at the node in the cable conductor is
(5) Q2 = (I 2 × RAC) / S
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Q2(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 internal heating value per volume is Q2 (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DB12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 DB12.
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.
次に、洞道の内面における空気接触面上の節点の伝熱量Q3(J/sec・cm)については、該節点と洞道内空気との間の伝熱量Q31と、水に濡れている領域内の節点についての水の蒸発による気化潜熱としての伝熱量、即ち潜熱輸送量Q32とが存在するものとして、
(6) Q3=Q31+Q32
と定義する。
Next, regarding the heat transfer amount Q3 (J / sec · cm 2 ) of the node on the air contact surface on the inner surface of the cave, the heat transfer amount Q31 between the node and the air in the cave and the region wetted by water Assuming that there is a heat transfer quantity as latent heat of vaporization due to water evaporation, i.e., a latent heat transport quantity Q32 for the nodes in the inside,
(6) Q3 = Q31 + Q32
It is defined as
このうち、洞道内空気との間の伝熱量Q31は、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、
(6−1) Q31=α×(Tfx−Ta)
で示される。
Among these, as shown in FIG. 17, the heat transfer amount Q31 between the air in the cave is Ta, the temperature of the node representing the cave air, and the temperature of each node on the air contact surface is Tfx (x = 1, 2). , ..., i, j, ..., n, ...)
(6-1) Q31 = α × (Tfx−Ta)
Indicated by
ここで、上式(6−1)中の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(J/sec・cm・℃)であり、空気の熱伝導率をλ(J/sec・℃)、洞道内の空間断面積と等しい面積の円形の直径(等価径)をd(cm)、ヌセルト数をNuとして、
α=Nu×λ/d
で示される。
Here, α in the above formula (6-1) is an average heat transfer coefficient (J / sec · cm 2 · ° C.) between each node of the air contact surface in the sinus and the air, and heat of the air The conductivity is λ (J / sec · ° C.), the circular diameter (equivalent diameter) of the area equal to the space cross-sectional area in the sinus is d (cm), and the Nusselt number is Nu.
α = Nu × λ / d
Indicated by
ヌセルト数Nuは、流速0の場合、即ち洞道内空気が停止しているときは、定常状態の層流熱伝達の式から求められ、空気が移動している場合には、管内の乱流熱伝達の式から求められて、それぞれ次のようになる。
空気の停止時:Nu=3.66
空気の移動時:Nu=0.023×Re0.8・×Pr0.4
なお、Reはレイノルズ数、Prはプラントル数で、それぞれ
Re=ω×d/ν、Pr=ν/a
であり、ωは洞道内空気の平均流速(cm/sec)、νは洞道内空気の動粘性係数(cm/sec)、aは洞道内空気の温度伝導率(cm/sec)である。
The Nusselt number Nu is obtained from the equation of steady-state laminar heat transfer when the flow velocity is 0, that is, when the air in the cave is stopped, and when the air is moving, the turbulent heat in the tube It is obtained from the equation of transmission and is as follows.
When the air is stopped: Nu = 3.66
At the time of air movement: Nu = 0.023 × Re 0.8 · × Pr 0.4
Re is the Reynolds number and Pr is the Prandtl number. Re = ω × d / ν, Pr = ν / a
Ω is the average velocity of the air in the cave (cm / sec), ν is the kinematic viscosity coefficient (cm 2 / sec) of the air in the cave, and a is the temperature conductivity (cm 2 / sec) of the air in the cave .
したがって、前記平均熱伝達率αは、次のようになる。
空気の停止時:α=3.66×λ/d
空気の移動時:α=0.023×(ω×d/ν)0.8×(ν/a)0.4×λ/d
なお、上式における洞道内空気の熱伝導率λ、動粘性係数ν及びプラントル数Pr(=ν/a)は、空気物性データベースDB7から、そのときの洞道内空気の温度に応じて読み取られる。また、洞道の等価径dは予め設定されたデータから算出され、洞道内空気の平均流速ωは解析時に設定される風速から求められる。
Therefore, the average heat transfer coefficient α is as follows.
When the air is stopped: α = 3.66 × λ / d
At the time of air movement: α = 0.023 × (ω × d / ν) 0.8 × (ν / a) 0.4 × λ / d
Note that the thermal conductivity λ, kinematic viscosity coefficient ν, and Prandtl number Pr (= ν / a) of the air in the above equation are read from the air property database DB7 according to the temperature of the air in the sinus at that time. The equivalent diameter d of the cave is calculated from preset data, and the average flow velocity ω of the cave air is obtained from the wind speed set at the time of analysis.
また、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。 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. Over 2320, the flow under these conditions is shown to be turbulent.
一方、洞道内面における空気接触面上の節点の伝熱量Q3のうち、水に濡れている節点についての水の蒸発による潜熱輸送量Q32は、次に示す潜熱輸送式で定義される。
(6−2) Q32=ι×β×ρ×Uch
×{qSAT−q+(dqSAT/dTa)×(Tfx−Ta)}
On the other hand, among the heat transfer amounts Q3 of the nodes on the air contact surface on the inner surface of the cave, the latent heat transport amount Q32 due to water evaporation at the nodes wet with water is defined by the following latent heat transport equation.
(6-2) Q32 = ι × β × ρ × Uch
× {q SAT −q + (dq SAT / dTa) × (Tfx−Ta)}
ここで、Taは洞道内空気を代表する節点の温度、Tfxは空気接触面における各節点の温度である(図17参照)。   Here, Ta is the temperature of a node representative of the air in the cave, and Tfx is the temperature of each node on the air contact surface (see FIG. 17).
また、ιは気化潜熱(J/g)であって、
ι=2.5×10−2.4×Ta
で示される。
Ι is the latent heat of vaporization (J / g)
ι = 2.5 × 10 3 −2.4 × Ta
Indicated by
また、βは空気接触面での水の蒸発効率で、蒸発効率データベースDB8に洞道内の各空気接触面の種類ごとに、1以下の値で予め登録されている。   Β is the evaporation efficiency of water on the air contact surface, and is registered in advance in the evaporation efficiency database DB8 with a value of 1 or less for each type of air contact surface in the sinus.
また、ρは洞道内空気の密度(g/cm)であって、pを洞道内圧力(hPa)、eを洞道内水蒸気圧(hPa)として、
ρ=1.29×10−3×{273/(273+Ta)}×p
×(1−0.38×e/p)/1013
で示される。なお、洞道内水蒸気圧eは、eSATを飽和水蒸気圧、Haを洞道内空気の湿度として、
e=Ha×eSAT
で示され、飽和水蒸気圧eSATは、
SAT=6.11×107.5Ta/(237+Ta)
で示される。
Ρ is the density of air in the cave (g / cm 3 ), p is the pressure in the cave (hPa), e is the water vapor pressure in the cave (hPa),
ρ = 1.29 × 10 −3 × {273 / (273 + Ta)} × p
× (1-0.38 × e / p) / 1013
Indicated by Note that the water vapor pressure e in the cave is defined as e SAT is saturated water vapor pressure, and Ha is cave air humidity.
e = Ha × e SAT
And the saturated water vapor pressure e SAT is
e SAT = 6.11 × 10 7.5 Ta / (237 + Ta)
Indicated by
また、式(6−2)のUchは熱交換速度(cm/sec)であって、固定値として、微風安定時の値、0.01を採用する。   Moreover, Uch of Formula (6-2) is a heat exchange rate (cm / sec), and a value at the time of light wind stabilization, 0.01, is adopted as a fixed value.
また、qは洞道内空気の比湿、qSATは飽和比湿を示し、前記洞道内圧力p、水蒸気圧e、及び飽和水蒸気圧eSATを用いて、それぞれ、次のように示される。
q=(0.62×e/p)/(1−0.38×e/p)
SAT=(0.62×eSAT/p)/(1−0.38×eSAT/p)
Further, q represents the specific humidity of the air in the cave, q SAT represents the saturation specific humidity, and is expressed as follows using the cave pressure p, the water vapor pressure e, and the saturated water vapor pressure e SAT , respectively.
q = (0.62 × e / p) / (1−0.38 × e / p)
q SAT = (0.62 × e SAT /p)/(1−0.38×e SAT / p)
さらに、飽和比湿の温度に対する変化率、dqSAT/dTaは、
dqSAT/dTa=(deSAT/dTa)×0.62×p
/(p−0.38×eSAT
で示され、
deSAT/dTa=6.11×(2500−2.4Ta)
×107.5Ta/(237+Ta)/{0.46×(273+Ta)
である。
Further, the rate of change of saturation specific humidity with respect to temperature, dq SAT / dTa,
dq SAT / dTa = (de SAT /dTa)×0.62×p
/(P−0.38×e SAT ) 2
Indicated by
de SAT /dTa=6.11×(2500−2.4Ta)
× 10 7.5 Ta / (237 + Ta) / {0.46 × (273 + Ta ) 2 }
It is.
なお、前記式(6−2)における空気の密度ρ及び比湿qは水蒸気圧eの関数であり、かつ、水蒸気圧eは湿度Haの関数であるから、潜熱輸送量Q32は湿度Haの関数となるが、この湿度Haは、潜熱輸送が発生した際に、その原因となった水の蒸発により変化する。そこで、潜熱輸送量Q32の計算後、次の解析周期での計算に備えて、洞道内空気の湿度Haの更新が行われる。   Note that since the air density ρ and the specific humidity q in the equation (6-2) are functions of the water vapor pressure e, and the water vapor pressure e is a function of the humidity Ha, the latent heat transport amount Q32 is a function of the humidity Ha. However, when the latent heat transport occurs, the humidity Ha changes due to the evaporation of the water that caused it. Therefore, after calculating the latent heat transport amount Q32, the humidity Ha of the sinusoidal air is updated in preparation for the calculation in the next analysis cycle.
即ち、まず、現時点の空気の温度Taと湿度Haとから、現時点の空気中の絶対湿度(単位体積あたりの水蒸気量)h(g/cm)を求め、次に、この絶対湿度hから、洞道の空間断面積Aと洞道内空気の平均流速ωとを用い、現時点から1解析周期である時間Δtが経過する間に洞道断面を通過する空気中の水蒸気の質量m(g)を求める。
=0.217×10−3×eSAT×Ha/(273+Ta
=h×ω×A×Δt
That is, first, the absolute humidity (amount of water vapor per unit volume) h 0 (g / cm 3 ) in the current air is obtained from the current temperature Ta 0 and the humidity Ha 0, and then this absolute humidity From h 0 , the mass m of water vapor in the air passing through the cross section of the sinus during the passage of time Δt, which is one analysis period, from the present time using the cross sectional area A of the sinus and the average flow velocity ω of the air in the sinus Find 0 (g).
h 0 = 0.217 × 10 −3 × e SAT × Ha 0 / (273 + Ta 0 )
m 0 = h 0 × ω × A × Δt
また、洞道内の空気接触面上の節点のうちの水に濡れている節点における潜熱輸送量Q32とその節点によって代表される解析面上の長さlとの積の全節点についての総和Σ(Q32×l)(J/sec・cm)と、気化潜熱ι(J/g)とから、前記時間Δtの間に全空気接触面から蒸発した水の質量Δm(g)を求める。
Δm=Σ(Q32×l)×Δt×Δt×ω/ι
Further, the sum Σ () of all the nodes of the product of the latent heat transport amount Q32 at the nodes wetted by water among the nodes on the air contact surface in the sinus and the length l on the analysis surface represented by the nodes. Q32 × l) (J / sec · cm) and latent heat of vaporization ι (J / g) are used to determine the mass Δm (g) of water evaporated from the entire air contact surface during the time Δt.
Δm = Σ (Q32 × l) × Δt × Δt × ω / ι
この蒸発した水の質量Δmは、時間Δtの間に洞道断面を通過する空気中で増加した水蒸気の質量に等しいから、前記空気中の水蒸気の質量mに、蒸発した水の質量Δmを加算することにより、次の解析周期における空気中の水蒸気の質量m(=m+Δm)が求まり、この水蒸気の質量mに基づき、前記式を逆算することにより、次の解析周期における絶対湿度hが次式により求まる。即ち、
h=m/(ω×A×Δt)
である。そして、この絶対湿度hと、新たに計算された洞道内空気温度Taとを用いることにより、次の解析周期における湿度Haが次式により求められる。
(7) Ha=h×(273+Ta)/(0.217×10−3×eSAT
Since the mass Δm of the evaporated water is equal to the mass of the water vapor increased in the air passing through the sinus section during the time Δt, the mass Δm of the evaporated water is set to the mass m 0 of the water vapor in the air. By adding, the mass m (= m 0 + Δm) of water vapor in the air in the next analysis cycle is obtained, and the absolute humidity h in the next analysis cycle is calculated by calculating the above formula based on the mass m of the water vapor. Is obtained by the following equation. That is,
h = m / (ω × A × Δt)
It is. Then, by using this absolute humidity h and the newly calculated air temperature Ta in the tunnel, the humidity Ha in the next analysis cycle is obtained by the following equation.
(7) Ha = h × (273 + Ta) / (0.217 × 10 −3 × e SAT )
このようにして、湿度Haが解析周期ごとに更新され、この更新された湿度Haを用いて、各節点の前記潜熱輸送量Q32が算出される。なお、以上の計算により、湿度Haが100%以上となったときには、水の蒸発は行われないので、潜熱輸送量Q32は0とされる。   In this way, the humidity Ha is updated every analysis cycle, and the latent heat transport amount Q32 at each node is calculated using the updated humidity Ha. According to the above calculation, when the humidity Ha becomes 100% or more, the evaporation of water is not performed, so the latent heat transport amount Q32 is set to zero.
次に、洞道内空気を代表する節点の伝熱量Q4(J/sec・cm)について説明すると、この伝熱量Q4は、前記空気接触面と洞道内空気との間の伝熱量Q31と対をなすもので、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、…)として、
(8) Q4=α×Σ(Tfx−Ta)
で示される。ここで、αは、前記式(6−1)で用いた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(J/sec・cm・℃)である。
Next, a description will be given of the heat transfer amount Q4 (J / sec · cm 2 ) of the node representative of the air in the cave. This heat transfer amount Q4 is paired with the heat transfer amount Q31 between the air contact surface and the air in the cave. 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, …)
(8) Q4 = α × Σ (Tfx−Ta)
Indicated by Here, α is an average heat transfer coefficient (J / sec · cm 2 · ° C.) between each node of the air contact surface in the sinus and the air used in the equation (6-1).
さらに、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、管路内面と冷却水との間の熱伝達によるものとして、次のように求められる。 Furthermore, the amount of heat transfer Q5 (J / sec · cm 2 ) at the node on the inner surface of the cooling water pipe and the amount of heat transfer Q6 (J / sec · cm 2 ) at the node representing the cooling water are determined between the inner surface of the pipe and the cooling water. It is calculated as follows due to heat transfer between them.
即ち、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、
(9) Q5=α′×(Tgx−Tw)
で示され、冷却水を代表する節点の伝熱量Q6は、
(10) Q6=α′×Σ(Tgx−Tw)
で示される。
That is, as shown in FIG. 18, if the temperature of a node representing the cooling water is Tw and the temperature of each node on the inner surface of the pipe is Tgx (x = 1, 2,...), Each node on the inner surface of the cooling water pipe The amount of heat transfer Q5 is
(9) Q5 = α ′ × (Tgx−Tw)
The amount of heat transfer Q6 at the node representative of cooling water is
(10) Q6 = α ′ × Σ (Tgx−Tw)
Indicated by
これらの式(9)、(10)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、前記式(6−1)、(8)における空気についての平均熱伝達率αと同様に、
α′=Nu′×λ′/d′(J/sec・cm・℃)
で示される。
Α ′ in the equations (9) and (10) is an average heat transfer coefficient between each node on the inner surface of the cooling water pipe and the cooling water, and the air in the equations (6-1) and (8). Like the average heat transfer coefficient α for
α ′ = Nu ′ × λ ′ / d ′ (J / sec · cm 2 · ° C.)
Indicated by
ここで、λ′は冷却水の熱伝導率(J/sec・℃)、d′は冷却水管路の管路内径(cm)であり、Nu′はヌセルト数であって、前述のように、Re′をレイノルズ数、Pr′をプラントル数として、
冷却水の停止時:Nu′=3.66
冷却水の移動時:Nu′=0.023×Re′0.8×Pr′0.4
で示される。なお、Re′=ω′×d′/ν′、Pr′=ν′/a′であり、ω′は冷却水の平均流速(cm/sec)、ν′は冷却水の動粘性係数(cm/sec)、a′は冷却水の温度伝導率(cm/sec)である。
Here, λ ′ is the thermal conductivity (J / sec · ° C.) of the cooling water, d ′ is the pipe inner diameter (cm) of the cooling water pipe, Nu ′ is the Nusselt number, and as described above, Re ′ is the Reynolds number, Pr ′ is the Prandtl number,
When cooling water is stopped: Nu ′ = 3.66
During movement of cooling water: Nu ′ = 0.023 × Re ′ 0.8 × Pr ′ 0.4
Indicated by Re ′ = ω ′ × d ′ / ν ′, Pr ′ = ν ′ / a ′, ω ′ is the average flow velocity (cm / sec) of cooling water, and ν ′ is the kinematic viscosity coefficient (cm 2 / sec), a ′ is the temperature conductivity (cm 2 / sec) of the cooling water.
したがって、平均熱伝達率α′は、
冷却水の停止時:α′=3.66×λ′/d′
冷却水の移動時:α′=0.023×(ω′×d′/ν′)0.8
×(ν′/a′)0.4×λ′/d′
となる。
Therefore, the average heat transfer coefficient α ′ is
When cooling water is stopped: α ′ = 3.66 × λ ′ / d ′
During movement of cooling water: α ′ = 0.023 × (ω ′ × d ′ / ν ′) 0.8
× (ν ′ / a ′) 0.4 × λ ′ / d ′
It becomes.
そして、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、冷却水物性データベースDB9から、そのときの冷却水の温度に応じて読み取られる。また、冷却水管路の内径d′は、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、前記内径d′と予め設定された冷却水の流量とから求められる。   Then, the thermal conductivity λ ′, the kinematic viscosity coefficient ν ′, and the Prandtl number Pr ′ (= ν ′ / a ′) of the cooling water are read from the cooling water physical property database DB 9 according to the temperature of the cooling water at that time. . Further, the inner diameter d ′ of the cooling water pipe is read from the pipe dimension database DB5. Further, the average flow velocity ω ′ is obtained from the inner diameter d ′ and a preset flow rate of the cooling water.
なお、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Re′min(冷却水温度:0℃)、Re′max(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。 FIG. 20 shows a Reynolds number Re ′ min (cooling water temperature) when cooling water at 0 ° C. and 60 ° C. is flowed through different diameters of pipes generally used as cooling water pipes. : 0 ° C.) and Re ′ max (cooling water temperature: 60 ° C.), both of the cooling waters exceed the turbulent flow conditions of 2320, indicating that the flow under these conditions is turbulent. ing.
以上のようにして、洞道内の空気接触面、洞道内空気、冷却水管路内面及び冷却水についての各節点の伝熱量Q3〜Q6が求められ、それらの値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]の各節点についての項Qの値として用いられる。 As described above, the heat transfer amounts Q3 to Q6 of each node for the air contact surface in the cave, the air in the cave, the cooling water pipe inner surface and the cooling water are obtained, and the values of the regions represented by the corresponding nodes are obtained. The value multiplied by the area is used as the value of the term Q j for each node of the thermal load vector [Q] in the above-described equation (3).
ところで、前記式(6−1)、(6−2)、(8)における洞道内空気の温度Ta、湿度Ha、及び前記式(9)、(10)における冷却水の温度Twは、洞道内空気及び冷却水の流れの影響を受けるので、詳細は後述するが、おおよそ次のような方法で上流側から下流側への受け渡し処理が行われる。   By the way, the temperature Ta and the humidity Ha of the sinusoidal air in the equations (6-1), (6-2), and (8) and the temperature Tw of the cooling water in the equations (9) and (10) Since it is influenced by the flow of air and cooling water, the details will be described later, but the transfer process from the upstream side to the downstream side is performed 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、湿度、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、水の蒸発による潜熱効果、冷却水による冷却効果などを考慮し、前記各式(3)、(4)〜(6)、(8)〜(10)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、洞道内空気を代表する節点の温度Ta及び冷却水を代表する節点の温度Twが計算される。また、これと並行して、洞道内空気の湿度Haがその都度、更新される。   In other words, a plurality of analysis surfaces crossing the cave where the cable and the cooling water pipeline are arranged are set, and initial values of air, humidity, and cooling water in the cave are given, and then each analysis surface has a cable. In consideration of the internal heat generation amount, the latent heat effect due to the evaporation of water, the cooling effect due to the cooling water, etc., based on the above equations (3), (4) to (6), (8) to (10) Finite element analysis is performed at time intervals (analysis period). Thereby, the temperature Ta of the node representing the air in the sinus and the temperature Tw of the node representing the cooling water are calculated simultaneously with all the other nodes in the analysis region of each analysis surface. In parallel with this, the humidity Ha of the air in the cave is updated each time.
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、湿度Ha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, the humidity Ha, and the cooling water temperature Tw from the upstream analysis surface to the downstream analysis surface is performed.
つまり、まず、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。   That is, first, when at least one of the air in the cave or the cooling water is moving, the longest time during which the air or the cooling water moves between the adjacent analysis surfaces due to the movement, that is, all the adjacent analysis surfaces. The time during which the movement of the fluid ends (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、かつ湿度を更新した後に、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及び湿度がどのように変化したかを補間処理しながら算出し、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、湿度Ha及び冷却水温度Twとする。   Then, in the analysis cycle immediately after the longest movement time has elapsed from the time when the analysis starts or when the fluid starts to move, after calculating all the node temperatures individually for each analysis surface and updating the humidity, In the analysis plane, calculate how the temperature and humidity changed during the time required for the fluid to flow from the analysis plane to the downstream analysis plane, and calculate the calculated temperature on the downstream side. The air temperature Ta, the humidity Ha, and the cooling water temperature Tw on the analysis surface are used.
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い、これによって得られた空気温度Ta、湿度Ha及び冷却水温度Twを、前記式(6−1)、(6−2)、(8)の空気温度及び湿度、式(9)、(10)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や潜熱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をシミュレーションする。   In this way, the transfer process is performed at every analysis cycle in which the movement of the fluid between all the analysis surfaces is completed, and the air temperature Ta, the humidity Ha, and the cooling water temperature Tw obtained thereby are expressed by the above equation (6-1). ), (6-2), and (8) by using the air temperature and humidity, and the cooling water temperature in equations (9) and (10), and continuing the analysis, Simulate changes in cable conductor temperature on each analysis surface while reflecting cooling and latent heat effects.
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〜DB12、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 DB12, 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、冷却水管路を備えている冷却モデルか、冷却水管路を備えていない非冷却モデルかを選択する。ここでは、冷却モデルを選択したものとする。   First, when the system is activated on the computer 10, a model selection screen W1 shown in FIG. 21 is displayed on the display device 15. On this screen W1, the model to be analyzed has a cooling water pipe. Choose between a cooling model or an uncooled model without a cooling water line. Here, it is assumed that the cooling model is selected.
図22は、この冷却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23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24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. 22 shows a flowchart of the main routine of this cooling model. First, in step S1, on the screen W2 of FIG. 23 displayed on the display device 15 of the computer 10, the section where the cooling water pipeline is arranged is shown. A plurality of analysis planes that traverse the sinus including the pipes and cables are set. In this case, as shown in FIG. 24, 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 are sequentially directed 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25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相敷設タイプや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27参照)。   In addition, for cables, the number of lines, the configuration of the one-phase laying type and the triple-row type for each line, the arrangement position (X coordinate, Y coordinate) in the tunnel, and the cables that make up 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 illustrated example, the number of lines is 3, and each line has a three-strip type (see FIG. 27).
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26に示すように画面W4に表示され、その要部が、図27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. 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. 26, 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28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 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29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 the density, specific heat, and thermal resistance of the sinus wall material read from the sinus wall thermal constant database DB2 are displayed.
さらに、メインルーチンのステップS5として、図30に示す画面W8上で潜熱輸送量の計算用データを設定する。つまり、この画面W8に表示される入力用フォームの左側の入力欄に、床面及び左右の壁面についての水濡れ範囲を入力する。その場合、床面については、浸水等により全面が濡れている場合には、全面ボタンを選択することにより、範囲の入力を省略することができる。また、解析モデル画面に表示されているケーブル及び冷却水管路のうち、水に濡れているものを選択して追加ボタンをクリックすることにより、入力フォームの右側に選択したケーブルまたは管路が表示される。このようにして、水に濡れている領域、換言すれば、潜熱輸送量の計算の対象となる領域を設定する。   Furthermore, as step S5 of the main routine, latent heat transport amount calculation data is set on a screen W8 shown in FIG. That is, the wetness ranges for the floor surface and the left and right wall surfaces are input in the input field on the left side of the input form displayed on the screen W8. In that case, if the entire surface of the floor is wet due to flooding or the like, the input of the range can be omitted by selecting the entire surface button. In addition, by selecting the cable and cooling water pipe displayed on the analysis model screen that are wet with water and clicking the Add button, the selected cable or pipe is displayed on the right side of the input form. The In this way, an area that is wet with water, in other words, an area that is subject to calculation of the latent heat transport amount is set.
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、形状、性質、さらには潜熱輸送量の計算対象領域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 position, shape, properties, and latent heat of the sinus and its internal and external components are also determined. When the calculation target area of the transportation amount is the same on all analysis planes, the configuration set for the first analysis plane A remains unchanged by turning on the check box of the same shape on all analysis planes on the screen W2. The analysis plane is always set.
そして、全解析面に対する設定が終了すれば、次にステップS6からステップS7を実行し、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W9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。   When the settings for all analysis surfaces are completed, next, Steps S6 to S7 are executed to set data relating to air movement such as ventilation conditions. This setting is performed on a screen W9 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、洞道内空気及び湿度の初期温度を設定する。なお、この初期温度及び初期湿度については、気象データベースDB11に記録されている気温及び湿度を参照し、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 the flow naturally occurs, so input the wind speed (value greater than 0 or 0) in those cases, In the latter case, specify the direction of the flow at the start of ventilation or the opposite direction. In addition, as the physical property of the air in the cave, it is specified whether it is flowing air or static air, and further, the initial temperature of the cave air and humidity is set. The initial temperature and initial humidity can be automatically set with reference to the temperature and humidity recorded in the weather database DB11.
次に、メインルーチンのステップS8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W10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 S8 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 W10 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W10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。   Further, in this screen W10, in the cooling water supply temperature (inlet temperature) and the supply flow rate, and in the folded portion of the cooling water pipe line, whether the Go water and the Re pipe on the final analysis surface have the same cooling water temperature, 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S9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 above-described setting of the 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 S9 that the setting for all the pipe lines is completed.
さらに、メインルーチンのステップS10で、図33に示す画面W11を用いて通電条件の設定を行う。この画面W11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。   Furthermore, in step S10 of the main routine, energization conditions are set using a screen W11 shown in FIG. On this screen W11, 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S11で、図34に示す画面W12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DB10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DB11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W9、W10で予め設定されている洞道内空気の初期温度、初期湿度、及び冷却水の入口温度が用いられる。   In step S11 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 W12 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 DB10 as an 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 DB11. 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 with these moving, the initial temperature and initial temperature of the air in the cave preset in the screens W9 and W10 Humidity and cooling water inlet temperature are used.
さらに、メインルーチンのステップS12で、図35に示す画面W13を用いて解析条件を設定する。即ち、この画面W13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 S12 of the main routine, analysis conditions are set using a screen W13 shown in FIG. That is, on this screen W13, 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 for each analysis cycle 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W11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 time of restart, the energization current condition is reset on the screen W11 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S13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 performs an analysis for the cable conductor temperature simulation as step S13 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S14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.
図36の画面W14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W15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W16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。   A screen W14 in FIG. 36 shows the temperature distribution around the sinus when a predetermined time has elapsed after the start of analysis, and a screen W15 in FIG. 37 shows changes in the air temperature in the sinus from the start of analysis. Yes, a screen W16 in FIG. 38 shows a change in the cable conductor temperature from the start of the analysis.
次に、前記メインルーチンのステップS13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24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 process in step S13 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. 24, 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W9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W9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W9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 W9 of FIG. 31, and if it is established, the wind speed is set in step S24. The ventilation start value set on the screen W9 is set, and if the ventilation condition is not satisfied, the ventilation stop value similarly set on the screen W9 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W10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を空気の温度、湿度、冷却水の温度の受渡し基準時刻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 W10 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, in step S28, the current time t is set to the air temperature, humidity, and cooling water temperature. Is set to the delivery reference time tp. 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 these, 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の画面W9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W10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 on the screen W9 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 W10 in FIG. 32, and the other temperatures for 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)〜(3)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 the initial value) at the time of the previous analysis is based on the theory shown in the above formulas (1) to (3), and the flowchart 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DB11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-described 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DB12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W11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。   Further, 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 DB12 and the maximum current and year set on the screen W11 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Q3は、前回の解析によって得られた空気接触面の各節点の温度Tfx(x=1、2…)、空気温度Ta及び湿度Haに基づき、前述の式(6)、(6−1)、(6−2)から求められ、また、洞道内空気を代表する節点に対応する項の値Q4は、同じく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(8)から求められる。   Further, the node Q3 of the air contact surface in the sinus is based on the temperature Tfx (x = 1, 2,...), The air temperature Ta, and the humidity Ha of each node of the air contact surface obtained by the previous analysis. The value Q4 of the term obtained from (6), (6-1), (6-2) and corresponding to the node representative of the air in the sinus is similarly calculated for each of the air contact surfaces obtained by the previous analysis. Based on the contact temperature Tfx (x = 1, 2,...) And the air temperature Ta, the temperature is obtained from the above-described equation (8).
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(9)、(10)からそれぞれ求められる。   Similarly, the values Q5 and Q6 of the terms corresponding to the nodes on the inner surface of the cooling water pipe and the nodes representing the cooling water are the temperatures Tgx (x = 1, 2,...) Of the respective contacts on the inner face of the pipe obtained by the previous analysis. ) And the cooling water temperature Tw, respectively, are obtained from the aforementioned equations (9) and (10).
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39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. 39, for each of the analysis surfaces A to D, the temperatures of all the nodes in the analysis region are calculated for each period Δt.
また、この計算の後、ステップS32で、前述の式(7)を用いて洞道内空気の湿度を各解析面ごとに更新する。   Further, after this calculation, in step S32, the humidity of the air in the cave is updated for each analysis surface using the above-described equation (7).
次に、図39のフローチャートのステップS33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S34以下の洞道内空気の温度及び湿度、冷却水の温度の受け渡し処理を実行することなく、ステップS23〜S32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 S33 of the flowchart of FIG. 39, it is determined whether or not at least one of the condition that the wind speed of the air in the cave is currently greater than 0 and a preset cooling start condition are satisfied. And when both conditions are not satisfied, that is, when neither the air in the cave and the cooling water are moving, the processing for transferring the temperature and humidity of the cave air and the temperature of the cooling water in step S34 and after are executed. Without repeating, steps S23 to S32 are repeatedly executed. 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S34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で算出した空気又は冷却水の最長移動時間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〜S32を繰り返し実行し、毎解析周期Δtごとに、ステップS31で、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し、ステップS32で、洞道内空気の湿度を更新する。   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 S34, 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 air or cooling water calculated in step S26 to the time Tp is exceeded. If this time (tp + Δtc) has not been exceeded, steps S29 to S32 are repeatedly executed, and at each analysis period Δt, in step S31, each analysis surface A to D is calculated from each node temperature at the time of the previous analysis. The node temperatures at time t are sequentially calculated, and the humidity of the air in the sinus is updated in step S32.
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、空気の温度及び湿度、冷却水の温度の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 air temperature and humidity, and the cooling water temperature are delivered.
即ち、まずステップS35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S36で上流側の解析面から下流側の解析面への洞道内空気の温度及び湿度の受け渡し処理を実行し、また、ステップS37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S38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S36の空気の温度及び湿度の受け渡し処理、又はステップS38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, it is determined whether or not the air in the cave is moving in step S35. If it is moving, the temperature and humidity of the air in the cave are transferred from the upstream analysis surface to the downstream analysis surface in step S36. In step S37, it is determined whether or not the cooling water is moving. If the cooling water is moving, the cooling water temperature is transferred from the upstream analysis surface to the downstream analysis surface in step S38. Execute the process. 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, the air temperature and humidity transfer process in step S36 or the cooling water temperature transfer in step S38. At least one of the processes is always 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・湿度受渡し基準時刻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、空気の温度及び湿度、又は冷却水の温度の少なくとも一方について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 side is moving, from the temperature / humidity delivery reference time tp set at the start of the movement until the longest movement time Δtc between the respective analysis surfaces of the moving fluid elapses, Similarly, an independent nodal temperature is calculated for each analysis surface for each analysis period. Then, in the analysis cycle immediately after the longest movement time Δtc has elapsed from the reference time tp, that is, in the cycle in which the moving fluid has finished moving between all analysis surfaces, the temperature and humidity of the air or the temperature of the cooling water At least one delivery process is performed.
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を改めて受渡し基準時刻tpに設定した上で、その時刻から空気又は冷却水の最長移動時間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、空気又は冷却水の少なくとも一方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空気の温度及び湿度、冷却水温度の受け渡し処理を行う。これにより、空気や冷却水の移動に伴う温度や湿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 this delivery process is completed, after setting the time t to the delivery reference time tp again in step S28, The transfer process is performed again in the analysis cycle immediately after the longest movement time Δtc of air or cooling water has elapsed from the time. In this way, while at least one of the air and the cooling water is moving, the air temperature and humidity and the cooling water temperature are transferred at every cycle in which the movement is completed between all analysis surfaces. Thereby, the node temperature in each analysis plane is calculated reflecting the movement of temperature and humidity accompanying the movement of air and cooling water.
次に、前記ステップS36の洞道内空気温度・湿度の受け渡し処理、及びステップS38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 / humidity transfer process in step S36 and the coolant temperature transfer process in step S38 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, 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 calculated 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.
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。   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, but the air temperature delivery process when moving from the analysis surface D side toward the analysis surface A is illustrated in FIG. This is performed according to the flowchart of No. 44.
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S36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. performs the same processing as the processing shown in the flowchart of 45, the analysis plane B, the air temperature after passing process a T B, calculates the T a. As a result, the intra-cave air temperature delivery process in step S36 in the flowchart of FIG. 39 is completed.
また、このステップS36の湿度の受け渡し処理は、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は図46のフローチャートに従って、解析面D側から解析面Aに向かって移動している場合は図47のフローチャートに従って行われる。これらのフローチャートの各ステップS91〜S94、S101〜S104は、温度の受け渡し処理を示す前記図41、図44のフローチャートのステップS51〜S54、S71〜S74と全く同じであり、また、各解析面間の湿度の受け渡し処理も、図42、図44、図45等で示される各解析面間の温度の受け渡しのサブルーチンと全く同様に行われ、温度の受け渡し処理と同じ動作で湿度の受け渡し処理が行われる。   Further, in the humidity transfer process of step S36, when the air in the cave is moving from the analysis surface A side toward the analysis surface D, the analysis surface D side is moved toward the analysis surface A according to the flowchart of FIG. If it is moving, it is performed according to the flowchart of FIG. Steps S91 to S94 and S101 to S104 in these flowcharts are exactly the same as steps S51 to S54 and S71 to S74 in the flowcharts of FIGS. 41 and 44 showing the temperature transfer process. The humidity transfer process is performed in the same manner as the temperature transfer subroutine between the analysis surfaces shown in FIGS. 42, 44, 45, etc., and the humidity transfer process is performed in the same operation as the temperature transfer process. Is called.
また、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48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S111で、解析面AのGo管の温度として、入口温度Twoを代入する。   The cooling water temperature delivery process is also performed in substantially the same manner. This process is performed by a subroutine shown in the flowchart of FIG. 48. First, in step S111, 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S112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49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 S112, 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S121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S122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 S121, the time Δt′ab during 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 calculated and recorded in the memory 17 in advance, is read. 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S123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 S123, the temperature T AGi at 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 value obtained thereby is converted into the value obtained by calculation. Instead, the Go tube temperature T GB of the analysis surface B is used.
図48のフローチャートのステップS113、S114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 S113 and S114 of the flowchart of FIG. 48 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48のフローチャートのステップS115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50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。   Further, the temperature transfer at the turning point of the cooling water pipe line in step S115 in the flowchart of FIG. 48, that is, the temperature transfer 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S131で、図32の画面W10で冷却水管路について、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S132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 S131, 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 pipe on the screen W10 in FIG. If it is set to be the same as the Re tube temperature, the Go tube temperature T DG of the analysis surface D obtained by linear interpolation from the temperature of the analysis surface C is set as the Re tube temperature T of the analysis surface D in step S132. Also adopted as DR .
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S133で、前記移動時間Δt′ddを読み出し、ステップS134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 for the movement of the cooling water from the Go pipe to the Re pipe on the final analysis surface D, the movement time Δt′dd is read in step S133, In S134, 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S135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 S135, the temperature T DGi at the i-th analysis cycle (time: tp + iΔt) of the Go tube of 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48のフローチャートのステップS116で、解析面CのRe管の温度が、図51にフローチャートを示すサブルーチンに従って次のように行われる。   Further, in step S116 of the flowchart of FIG. 48, the temperature of the Re tube on the analysis surface C is performed as follows according to the subroutine shown in the flowchart of FIG.
即ち、ステップS141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S142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 S141, the time Δt′dc in which the cooling water moves from the Re pipe on the analysis surface D to the Re pipe on the analysis surface C is read from the memory 17, and then in step S142, 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S143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, in step S143, the temperature T DRi in the i-th analysis cycle (time: tp + iΔt) of the Re tube of the analysis surface D and the temperature T in the (i + 1) -th analysis cycle (time: tp + (i + 1) Δt). 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48のフローチャートのステップS117、S118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51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。 Further, 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 S117 and S118 in the flowchart of FIG. 48 are performed by the same subroutine as 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S38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 delivery process in step S38 in the flowchart of FIG. 39 is completed.
ここで、前記の空気温度及び湿度の受け渡し処理、並びに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 and humidity delivery process and the cooling water temperature delivery process will be described in detail.
今、図24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. 24, a cooling water pipe 6 extending from the cooling water supply device 7 into the sinus 1 where the cable 4 is arranged and making a U-turn and returning to the cooling water supply device 7 is provided. 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。
(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
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.
(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
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。   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。
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)
In the case of the above example, the longest movement time Δtc is as follows in each state.
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)
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。   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、ケーブルへの通電開始後、例えば図52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. 52, for example, after the start of energization of the cable due to the establishment of the ventilation schedule, the cooling start condition, and the stop condition.
さらに、解析開始時は、洞道内空気は換気起動状態にあり、またケーブルへの通電の影響はまだ生じていないので、解析面A〜Dの空気温度TA0〜TD0に初期温度Taoが、湿度温度HA0〜HD0に初期湿度Haoが、それぞれセットされる。その場合、初期温度Taoとしては、画面W9で設定された値、地温データベースDB10から読み出された当該地点の深さに応じた地温、又は気象データベースDB11から読み出された気温がセットされる。また、初期湿度Haoとしては、画面W9で設定された値、又は気象データベースDB11から読み出された大気の湿度がセットされる。なお、画面W9で初期温度、初期湿度を設定する場合には、解析面毎に異なる値を設定することも可能である。 Furthermore, at the start of the analysis, the air in the cave is in a ventilation start-up state, and the influence of energization on the cable has not yet occurred, so the initial temperature Tao is set to the air temperatures T A0 to T D0 on the analysis surfaces A to D, The initial humidity Hao is set to each of the humidity temperatures H A0 to H D0 . In this case, as the initial temperature Tao, a value set on the screen W9, a ground temperature corresponding to the depth of the point read from the ground temperature database DB10, or an air temperature read from the weather database DB11 is set. Further, as the initial humidity Hao, the value set on the screen W9 or the atmospheric humidity read from the weather database DB11 is set. Note that when setting the initial temperature and the initial humidity on the screen W9, different values can be set for each analysis plane.
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。 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.
以上の条件での受渡し処理による各解析面の空気温度及び湿度、冷却水温度の計算結果は図53に示す通りであるが、空気の温度と湿度は全く同じタイミングで、かつ同じ計算内容で受け渡し処理が行われるので、以下、空気については温度の受け渡し処理のみについて説明する。   The calculation results of the air temperature, humidity, and cooling water temperature of each analysis surface by the delivery process under the above conditions are as shown in FIG. 53, but the air temperature and humidity are delivered at exactly the same timing and with the same calculation contents. Since the process is performed, only the temperature transfer process for air will be described below.
まず、上記のように初期値がセットされた後、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(及び湿度)の受け渡し処理が行われることになる。   First, after the initial value is set as described above, 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 Since the time for air to move between the analysis surfaces C and D is Δtcd = 0.6Δt, the air temperature (and humidity) is transferred every analysis cycle.
つまり、図53に示すように、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, as shown in FIG. 53, 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 calculated temperature T B1 of the analysis surface B is Instead, since the first temperature T A0 (Tao) on the analysis surface A and the temperature T A1 obtained at the time Δt obtained by calculation are Δtab = 0.4Δt, they are interpolated at an internal ratio of 4: 6. The value is TA0-1 .
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53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。 Since the cooling water does not move during the period from the start of the analysis to the third analysis cycle, as shown in FIG. 53, the Go tube temperatures T AG1 to T DG1 and 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 the 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、この場合の空気又は冷却水の最長移動時間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 air or cooling water is the movement time Δt′cd (Δt′dc) = 2.4Δt of the cooling water between the analysis surfaces C and D. The delivery process is performed.
したがって、図53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. 53, in the fourth analysis cycle 4Δt, the fifth analysis cycle 5Δt, the seventh analysis cycle 7Δt, and the eighth analysis cycle 8Δt, both the air in the cave and the cooling water are analyzed. 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 period 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、この場合の空気又は冷却水の最長移動時間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。   In this case, the longest movement time Δtc of air or cooling water is air movement time movement time Δtcd = 4.8Δt when the ventilation between the analysis planes C and D is stopped. Processing will be performed.
したがって、図53、図54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 FIGS. 53 and 54, in the 10th analysis cycle 10Δt, the 11th analysis cycle 11Δt, the 12th analysis cycle 12Δt, and the 13th analysis cycle 13Δt, The temperature is calculated independently for each analysis plane. In other words, the 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 according to 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.
また、洞道に通気口が設けられるモデルでは、該通気口に最も近い解析面において、洞道内空気の温度Ta及び湿度Haは、常に、気象データベースDB11から読み取られる大気の温度及び湿度に強制的に設定される。   Further, in a model in which a vent is provided in a cave, the temperature Ta and humidity Ha of the cave air are always forced to the temperature and humidity of the atmosphere read from the weather database DB11 in the analysis plane closest to the vent. Set to
以上は、図21の画面W1で冷却水管路ありの冷却モデルを選択した場合についての説明であるが、冷却水管路なしの非冷却モデルを選択すれば、図54に示すメインルーチンのフローチャートに従って処理されることになるが、図22の冷却モデルのメインルーチンと比較すると、非冷却モデルについてのフローチャートでは、冷却モデルのフローチャートのステップS8、S9の冷却条件の設定ステップが存在しない。   The above is a description of the case where the cooling model with the cooling water pipe is selected on the screen W1 in FIG. 21, but if the non-cooling model without the cooling water pipe is selected, the processing is performed according to the flowchart of the main routine shown in FIG. However, as compared with the main routine of the cooling model in FIG. 22, the flowchart for the non-cooling model does not include the steps for setting the cooling conditions in steps S8 and S9 of the flowchart of the cooling model.
そして、この相違に伴い、ステップS152の洞道構成の設定では、図55に画面W17を示すように、冷却水管路の設定が行われず、また、冷却モデルの画面W10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 S152, as shown in the screen W17 in FIG. 55, the cooling water pipeline is not set, and the cooling water data is set on the cooling model screen W10. Not done.
その他のステップS151、S153〜S155、S157〜S160の解析面の設定、土壌データの設定、洞道データの設定、潜熱データの設定、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、冷却モデルの画面W5〜W9、W11〜W13と同様の画面を用い、冷却モデルの場合と同様に行われる。   Analysis plane setting, soil data setting, sinus road data setting, latent heat data setting, air data setting, energization condition setting, regional data setting, analysis of other steps S151, S153 to S155, S157 to S160 Conditions are set using the same screens as the cooling model screens W5 to W9 and W11 to W13 in the same manner as in the cooling model.
また、ステップS162の解析結果の出力も同様に行われるが、ステップS161の解析処理は、非冷却モデルの場合、図56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 output of the analysis result in step S162 is performed in the same manner, the analysis processing in step S161 is performed by a subroutine whose flowchart is shown in FIG.
このサブルーチンを冷却モデルの図39に示すサブルーチンと比較すると、非冷却モデルのサブルーチンでは、ステップS177、S183で、空気の移動のみを判定する点で冷却モデルの場合と相違し、また、冷却モデルのサブルーチンのステップS37、S38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 for the cooling model, the subroutine for the non-cooling model is different from the cooling model in that only air movement is determined in steps S177 and S183. The difference is that there is no cooling water temperature transfer process in steps S37 and S38 of the subroutine.
一方、ステップS181の各解析面ごとの節点温度の計算は、冷却モデルの図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S186の空気温度・湿度の受け渡し処理についても、冷却モデルの図41、図42、図44〜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る。   On the other hand, the calculation of the node temperature for each analysis surface in step S181 is performed by a subroutine similar to the subroutine shown in the flowchart of FIG. 40 of the cooling model, and the air temperature / humidity transfer processing in step S186 is also performed in the cooling process. The model is executed by a subroutine similar to the subroutine shown in the flowchart in FIGS. 41, 42, and 44 to 47.
したがって、図53に示す受け渡し処理の具体的な計算例についても、空気温度及び湿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、冷却モデルの場合と同様に行われることになる。   Therefore, the specific calculation example of the delivery process shown in FIG. 53 is exactly the same for the air temperature and humidity, and is the same as the cooling model except that the calculation for the cooling water temperature is not performed. 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、洞道内の空気接触面における水の蒸発による潜熱効果を考慮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, the change in the conductor temperature of the power cable disposed in the underground cave can be simulated in consideration of the latent heat effect due to water evaporation on the air contact surface in the cave. Is possible. 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解析モデルの構成例の説明図である。It is explanatory drawing of the structural example of the analysis 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. 蒸発効率データベースの構成図である。It is a block diagram of an evaporation efficiency 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. 冷却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 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. 潜熱データ設定画面の説明図である。It is explanatory drawing of a latent heat 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. 湿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 humidity delivery processing subroutine. 逆方向の湿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 humidity transfer process subroutine in the reverse direction. 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及び湿度受け渡しの一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the temperature and humidity delivery in each analysis surface. 非冷却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 non-cooling 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.
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〜DB12 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-DB12 Database AD Analysis surface

Claims (14)

  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、コンピュータにより有限要素法を用いて推定する方法であって、
    ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数と、洞道内の空気接触面と洞道内空気との間の熱伝達率と、洞道内の空気接触面における水の蒸発に関連する蒸発関連値とを用い、
    前記空気接触面と空気との間の伝熱量と、該空気接触面のうちの所定の領域における潜熱輸送量とを計算すると共に、
    該伝熱量及び潜熱輸送量とケーブルの発熱量とから、該ケーブルの導体温度の変化を推定することを特徴とする洞道内の潜熱効果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 tunnel in the ground using a finite element method by a computer,
    Evaporation related to thermal constants of cables, sinus air and surrounding components, heat transfer coefficient between air interface in the sinus and the sinus air, and evaporation of water at the air interface in the sinus Value and
    Calculating the amount of heat transfer between the air contact surface and air and the amount of latent heat transport in a predetermined region of the air contact surface;
    A cable conductor temperature estimation method in consideration of a latent heat effect in a tunnel, wherein a change in conductor temperature of the cable is estimated from the heat transfer amount and latent heat transport amount and a heat generation amount of the cable.
  2. 前記請求項1に記載の方法において、
    前記伝熱量及び潜熱輸送量の計算に用いられる洞道内空気の温度及び湿度は、洞道内における空気の移動を考慮し、上流側の温度及び湿度を反映させた値を用いることを特徴とする洞道内の潜熱効果を考慮したケーブル導体温度推定方法。
    The method of claim 1, wherein:
    The temperature and humidity of the air in the cave used for the calculation of the heat transfer amount and the latent heat transport amount take into account the movement of the air in the cave and use values reflecting the upstream temperature and humidity. Cable conductor temperature estimation method considering latent heat effects in the road.
  3. 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、
    ケーブルの配置を含む洞道内外の構成を設定する洞道構成設定手段と、
    洞道内の空気接触面のうちの水の蒸発による潜熱輸送を考慮する領域を設定する潜熱輸送領域設定手段と、
    ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を設定する熱定数設定手段と、
    ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段と、
    洞道内の空気接触面と該洞道内の空気との間の熱伝達率設定手段と、
    洞道内の空気接触面における水の蒸発に関連する蒸発関連値を設定する蒸発関連値設定手段と、
    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、
    前記熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて洞道内の空気接触面と洞道内空気との間の伝熱量を算出する空気伝熱量算出手段と、
    前記蒸発関連値設定手段で設定された蒸発関連値を用いて前記領域設定手段で設定された潜熱輸送領域における水の蒸発による潜熱輸送量を算出する潜熱輸送量算出手段と、
    前記洞道構成設定手段で設定された構成に基づいて、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で算出されたケーブルの発熱量、前記空気伝熱量算出手段で算出された洞道内の空気接触面と空気との間の伝熱量、及び前記潜熱輸送量算出手段で算出された潜熱輸送量を用い、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の潜熱効果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,
    A cave configuration setting means for setting a configuration inside and outside the cave including the arrangement of cables; and
    Latent heat transport area setting means for setting an area in consideration of latent heat transport due to water evaporation in the air contact surface in the cave,
    Thermal constant setting means for setting the thermal constants of the cable, the air in the cave and the surrounding components of the cave;
    Energizing current setting means for setting the energizing current to the cable;
    Heat transfer coefficient setting means between the air contact surface in the sinus and the air in the sinus;
    An evaporation related value setting means for setting an evaporation related value related to the evaporation of water at the air contact surface in the sinus;
    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 heat transfer amount calculating means for calculating a heat transfer amount between the air contact surface in the cave and the air in the cave using the heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting means;
    A latent heat transport amount calculating means for calculating a latent heat transport amount by water evaporation in the latent heat transport region set by the region setting means using the evaporation related value set by the evaporation related value 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 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;
    The calorific value of the cable calculated by the calorific value calculation means, the heat transfer quantity between the air contact surface and the air in the cave calculated by the air heat transfer quantity calculation means, and the latent heat transport quantity calculation means A vector creating means for creating a thermal load vector for each node in the analysis region using a latent heat transport amount;
    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 in consideration of the latent heat effect in the cave characterized by having.
  4. 前記請求項3に記載のシステムにおいて、
    前記潜熱輸送量算出手段により水の蒸発による潜熱輸送量を算出した後、その蒸発後の洞道内空気の湿度を算出して該湿度の値を更新する湿度更新手段が備えられており、
    前記潜熱輸送量算出手段は、該湿度更新手段で更新された湿度を用いて潜熱輸送量を算出することを特徴とする洞道内の潜熱効果を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    The system of claim 3, wherein
    After calculating the latent heat transport amount due to the evaporation of water by the latent heat transport amount calculating means, the humidity update means for calculating the humidity of the air in the cave after the evaporation and updating the humidity value is provided,
    The latent heat transport amount calculation means calculates the latent heat transport amount using the humidity updated by the humidity update means, and the cable conductor temperature estimation system in consideration of the latent heat effect in the cave.
  5. 前記請求項3又は請求項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が備えられ、
    前記空気伝熱量算出手段は、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用い、
    前記潜熱輸送量算出手段は、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用いることを特徴とする洞道内の潜熱効果を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    In the system according to claim 3 or claim 4,
    Analysis plane setting means for setting a plurality of analysis planes for finite element analysis in a predetermined section of the tunnel,
    Air data setting means for setting data relating to air movement in the cave,
    The air heat transfer amount calculation means uses the air temperature obtained on the upstream analysis surface according to the state of air movement set by the air data setting means as the air temperature used in the heat transfer amount calculation,
    The latent heat transport amount calculating means calculates the air temperature and humidity on the upstream analysis surface as the air temperature and humidity used in calculating the latent heat transport amount according to the air movement state set by the air data setting means. A cable conductor temperature estimation system that takes into account the latent heat effect in the cave characterized by its use.
  6. 前記請求項3又は請求項4に記載のシステムにおいて、
    洞道内に冷却水管路を設定する冷却水管路設定手段と、
    該冷却水管路設定手段で設定された冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の熱伝達率設定手段と、
    該熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の伝熱量を算出する冷却水伝熱量算出手段とが備えられ、
    前記熱定数記録手段は、冷却水管路及び該管路内の冷却水の熱定数を記録し、
    前記洞道構成設定手段は、冷却水管路の構成を含めた洞道内外の構成を設定し、
    前記ベクトル作成手段は、前記冷却水伝熱量算出手段によって算出された冷却水管路内面と冷却水との間の伝熱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の潜熱効果を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    In the system according to claim 3 or claim 4,
    Cooling water pipe setting means for setting a cooling water pipe in the cave,
    A heat transfer coefficient setting means between the inner surface of the cooling water pipe set by the cooling water pipe setting means and the cooling water in the pipe;
    Cooling water heat transfer amount calculating means for calculating the heat transfer amount between the inner surface of the cooling water pipe line and the cooling water in the pipe line using the heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting means,
    The thermal constant recording means records the thermal constant of the cooling water pipe and the cooling water in the pipe,
    The cave configuration setting means sets the configuration inside and outside the cave including the configuration of the cooling water pipeline,
    The vector creating means creates a thermal load vector using the heat transfer amount between the cooling water pipe inner surface and the cooling water calculated by the cooling water heat transfer amount calculating means, and the latent heat effect in the cave is obtained. Cable conductor temperature estimation system in consideration.
  7. 前記請求項6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が備えられ、
    前記空気伝熱量算出手段は、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用い、
    前記潜熱輸送量算出手段は、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用い、
    前記冷却水伝熱量算出手段は、伝熱量算出の際に用いる冷却水温度として、前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた冷却水温度を用いることを特徴とする洞道内の潜熱効果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:
    Analysis plane setting means for setting a plurality of analysis planes for finite element analysis in a predetermined section of the tunnel,
    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,
    The air heat transfer amount calculation means uses the air temperature obtained on the upstream analysis surface according to the state of air movement set by the air data setting means as the air temperature used in the heat transfer amount calculation,
    The latent heat transport amount calculating means calculates the air temperature and humidity on the upstream analysis surface as the air temperature and humidity used in calculating the latent heat transport amount according to the air movement state set by the air data setting means. Use
    The cooling water heat transfer amount calculation means is the cooling water temperature used in the heat transfer amount calculation, and the cooling obtained on the upstream analysis surface according to the state of movement of the cooling water set by the cooling water data setting means. A cable conductor temperature estimation system that takes into account the latent heat effect in a cave characterized by using water temperature.
  8. 前記請求項3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、
    前記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の潜熱効果を考慮したケーブル導体温度推定システム。
    The system according to any one of claims 3 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
    A cable conductor temperature estimation system in consideration of a latent heat effect in a cave, wherein the vector creation means creates a thermal load vector using the ground surface heat balance calculated by the heat balance calculation 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、
    ケーブルの配置を含む洞道内外の構成を設定する洞道構成設定手段、
    洞道内の空気接触面のうちの水の蒸発による潜熱輸送を考慮する領域を設定する潜熱輸送領域設定手段、
    ケーブル、洞道内空気及び洞道周辺構成要素の熱定数を設定する熱定数設定手段、
    ケーブルへの通電電流を設定する通電電流設定手段、
    洞道内の空気接触面と該洞道内の空気との間の熱伝達率設定手段、
    洞道内の空気接触面における水の蒸発に関連する蒸発関連値を設定する蒸発関連値設定手段、
    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、
    前記熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて洞道内の空気接触面と洞道内空気との間の伝熱量を算出する空気伝熱量算出手段、
    前記蒸発関連値設定手段で設定された蒸発関連値を用いて前記領域設定手段で設定された潜熱輸送領域における水の蒸発による潜熱輸送量を算出する潜熱輸送量算出手段、
    前記洞道構成設定手段で設定された構成に基づいて、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で算出されたケーブルの発熱量、前記空気伝熱量算出手段で算出された洞道内の空気接触面と空気との間の伝熱量、及び前記潜熱輸送量算出手段で算出された潜熱輸送量を用い、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、及び、
    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の潜熱効果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,
    Computer
    A cave configuration setting means for setting a configuration inside and outside the cave including the arrangement of cables,
    Latent heat transport area setting means for setting an area in consideration of latent heat transport by evaporation of water in the air contact surface in the cave,
    Thermal constant setting means for setting thermal constants of cables, air in the cave and surrounding components of the cave,
    Energizing current setting means for setting the energizing current to the cable,
    A heat transfer coefficient setting means between the air contact surface in the sinus and the air in the sinus;
    An evaporation related value setting means for setting an evaporation related value related to the evaporation of water at the air contact surface in the sinus;
    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 heat transfer amount calculating means for calculating the heat transfer amount between the air contact surface in the cave and the air in the cave using the heat transfer coefficient set by the heat transfer rate setting means,
    A latent heat transport amount calculating means for calculating a latent heat transport amount by evaporation of water in the latent heat transport region set by the region setting means using the evaporation related value set by the evaporation related value 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 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;
    The calorific value of the cable calculated by the calorific value calculation means, the heat transfer quantity between the air contact surface and the air in the cave calculated by the air heat transfer quantity calculation means, and the latent heat transport quantity calculation means A vector creating means for creating a thermal load vector for each node in the analysis region using the latent heat transport amount, 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. A cable conductor temperature estimation program that takes into account the latent heat effect in the tunnel.
  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、
    前記潜熱輸送量算出手段により水の蒸発による潜熱輸送量を算出した後、その蒸発後の洞道内空気の湿度を算出して該湿度の値を更新する湿度更新手段として機能させると共に、
    前記潜熱輸送量算出手段として機能させるときは、前記湿度更新手段で更新された湿度を用いて潜熱輸送量を算出するように機能させることを特徴とする洞道内の潜熱効果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,
    Computer
    After calculating the latent heat transport amount due to the evaporation of water by the latent heat transport amount calculating means, calculate the humidity of the air in the cave after the evaporation and function as a humidity update means for updating the humidity value,
    When functioning as the latent heat transport amount calculating means, the cable conductor temperature in consideration of the latent heat effect in the cave characterized by functioning to calculate the latent heat transport amount using the humidity updated by the humidity update means Estimation program.
  11. 前記請求項9又は請求項10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、及び、
    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して機能させると共に、
    前記空気伝熱量算出手段として機能させるときは、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用いるように機能させ、
    前記潜熱輸送量算出手段として機能させるときは、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用いるように機能させることを特徴とする洞道内の潜熱効果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 or 10,
    Computer
    Analysis plane setting means for setting a plurality of analysis planes for finite element analysis in a predetermined section of the cave, and
    While functioning as air data setting means for setting data relating to air movement in the cave,
    When functioning as the air heat transfer amount calculation means, the air temperature used in the heat transfer amount calculation is the air temperature obtained on the upstream analysis surface according to the air movement state set by the air data setting means. Function to use temperature,
    When functioning as the latent heat transport amount calculation means, the air temperature and humidity used in the calculation of the latent heat transport amount as the air temperature and humidity on the upstream analysis surface according to the air movement state set by the air data setting means. A cable conductor temperature estimation program considering a latent heat effect in a cave characterized by functioning to use temperature and humidity.
  12. 前記請求項9又は請求項10に記載のプログラムにおいて、
    コンピュータを、
    洞道内に冷却水管路を設定する冷却水管路設定手段、
    該冷却水管路設定手段で設定された冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の熱伝達率設定手段、及び、
    該熱伝達率設定手段で設定された熱伝達率を用いて冷却水管路の内面と該管路内の冷却水との間の伝熱量を算出する冷却水伝熱量算出手段として機能させると共に、
    前記熱定数記録手段として機能させるときは、冷却水管路及び該管路内の冷却水の熱定数を記録するように機能させ、
    前記洞道構成設定手段機能させるときは、冷却水管路の構成を含めた洞道内外の構成を設定するように機能させ、
    前記ベクトル作成手段として機能させるときは、前記冷却水伝熱量算出手段によって算出された冷却水管路内面と冷却水との間の伝熱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の潜熱効果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 or 10,
    Computer
    Cooling water pipe setting means for setting the cooling water pipe in the cave,
    A heat transfer coefficient setting means between the inner surface of the cooling water pipe set by the cooling water pipe setting means and the cooling water in the pipe; and
    While functioning as a cooling water heat transfer amount calculation means for calculating the heat transfer amount between the inner surface of the cooling water pipe line and the cooling water in the pipe line using the heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting means,
    When functioning as the thermal constant recording means, function to record the thermal constant of the cooling water pipe and the cooling water in the pipe,
    When functioning the cave configuration setting means, function to set the configuration inside and outside the cave, including the configuration of the cooling water pipeline,
    When functioning as the vector creating means, the thermal load vector is made to function using the heat transfer amount between the cooling water pipe inner surface and the cooling water calculated by the cooling water heat transfer amount calculating means. A cable conductor temperature estimation program that takes into account the latent heat effect in the tunnel.
  13. 前記請求項12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、
    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、及び、
    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して機能させると共に、
    前記空気伝熱量算出手段として機能させるときは、伝熱量算出の際に用いる空気温度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた空気温度を用いるように機能させ、
    前記潜熱輸送量算出手段として機能させるときは、潜熱輸送量算出の際に用いる空気温度及び湿度として、前記空気データ設定手段で設定された空気の移動の状態に応じて、上流側解析面における空気温度及び湿度を用いるように機能させ、
    前記冷却水伝熱量算出手段として機能させるときは、伝熱量算出の際に用いる冷却水温度として、前記冷却水データ設定手段で設定された冷却水の移動の状態に応じて、上流側解析面で得られた冷却水温度を用いるように機能させることを特徴とする洞道内の潜熱効果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 12,
    Computer
    Analysis surface setting means for setting a plurality of analysis surfaces for finite element analysis in a predetermined section of the cave,
    Air data setting means for setting data relating to air movement in the cave, and
    While functioning as a cooling water data setting means for setting data relating to the movement of the cooling water in the cooling water pipeline,
    When functioning as the air heat transfer amount calculation means, the air temperature used in the heat transfer amount calculation is the air temperature obtained on the upstream analysis surface according to the air movement state set by the air data setting means. Function to use temperature,
    When functioning as the latent heat transport amount calculation means, the air temperature and humidity used in the calculation of the latent heat transport amount as the air temperature and humidity on the upstream analysis surface according to the air movement state set by the air data setting means. Function to use temperature and humidity,
    When functioning as the cooling water heat transfer amount calculation means, the cooling water temperature used in calculating the heat transfer amount is determined on the upstream analysis surface according to the state of movement of the cooling water set by the cooling water data setting means. A cable conductor temperature estimation program that takes into account the latent heat effect in the cave, which functions to use the obtained cooling water temperature.
  14. 前記請求項9から請求項13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、
    前記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の潜熱効果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 13,
    Computer
    Meteorological data recording means for recording weather data for each region and period, and
    Read the meteorological data of the specified analysis target area and time from the meteorological data recording means, function as a heat balance amount calculating means for calculating the heat balance amount of the ground surface based on the meteorological data,
    When functioning as the vector creating means, the latent heat effect in the cave is made to function so as to create a thermal load vector using the heat balance amount of the ground surface calculated by the heat balance amount calculating means. A cable conductor temperature estimation program that takes into account.
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