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地下变电站通风空调系统的节能性研究

作　者: 王香丽
导　师: 刘刚
学　校: 东华大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 地下变电站数值模拟辐射下垫面绿化
分类号: TU962
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

城市供电设施是城市基础设施的重要组成部分,城市居民生活水平的日益提高和上海建设国际一流现代化城市的步伐不断加快,使上海市区用电需求量飞速增长,供电紧张形势日趋严重,城市供电设施建设已经进入了一个新阶段。而市中心往往为繁华的商业用地,有着极高的商业价值,土地资源十分有限和宝贵,因此变电站站址难觅,即使能征得用地,面积也非常小,设计难度大、与周围环境协调的要求高,强调建筑的格调与景观和环境要融为一体。形势的严峻迫使我们寻求新的思路,在市区内建设大电压等级(110 kV、220 kV、500 kV)的地下变电站、结合民用建筑的变电站等适应上海城市发展需要的新型变电站建设模式应运而生。静安(世博)地下变电站是国内首座500kV全地下变电站,站内设备种类多、散热量大,设备安全运行保证要求高。据调查：某110kV全户内变电站变压器室的故障67.09%是因设备热没有及时排出去造成的。并且目前此类大型全地下变电站通风空调系统设计标准,也缺乏相应的实践经验和参考工程。因此在建设全地下变电站的通风空调系统时,有必要通过相应软件对其工况进行模拟研究,找到最优化的设计参数,保证设备在使用的过程中安全可靠的运行。研究的成果不仅服务于本工程,而且还为类似后续工程提供技术支持。地下变电站顾名思义就是所有的设备均位于地下,但通风空调系统需要与外界进行质的交换,所以本文主要研究地下各个设备房间的通风空调系统,以及地上的总进、排风口之间的相互作用。地下部分的首要研究对象是发热量最大的220kV主变压器室,运用Fluent软件对变压器室的流场及温度场进行数值模拟,湍流模拟采用Realizable k-ε模型,温度项采用Boussinesq假设。通过设置比较有无辐射条件,得出有辐射条件时的温度场更接近实际情况。在此基础上改变送风口有效面积,得出室内温度场分布合理时送风口有效面积分布的区间；且模拟分析不同送风温度下的流场及温度场；以及对低温送风时的送风量进行优化,分析模拟结果知当温度低于某一值时,可以减少房间的额定通风风量,使通风方案更加人性化。用类似模拟方法研究了其它设备间(电抗器、接地变室),由于电抗器和接地变室均为自然进风、机械排风,模拟结果显示当引入的室外新风低于某一值时,在热压下自然进风就可消除室内的余热。地上部分为大空间模拟,主要研究排风的扩散路径及其对进风温度的影响,对室外环境进行简化处理。在考虑太阳辐射因素的情况下,模拟无外界因素干扰时,通过不断改变下垫面(石灰、土壤、草)进行研究,分析不同下垫面的情况下排风对进风温度的影响的程度。以及有外界因素(主导风向)干扰下,通过尝试各种方法(改变进风井位置、地面种植不同植被)使排风的扩散路径达到最优化,即排风温度对进风温度影响的程度最低。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-13
主要符号表  13-14
第一章绪论  14-23
  1.1 课题的提出  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-20
    1.2.1 地下变电站发展历史  15-16
    1.2.2 相关内容的研究  16-20
  1.3 课题研究内容  20-22
  1.4 课题研究方法  22-23
第二章数值模拟的理论基础  23-35
  2.1 地下变电站设备主要散热方式  23-27
    2.1.1 辐射传热  23-24
    2.1.2 对流传热  24-27
  2.2 数值模拟的选定及设置  27-35
    2.2.1 流体动力学控制方程  27-29
    2.2.2 湍流模型的选择  29-30
    2.2.3 壁面函数法的采用  30
    2.2.4 辐射模型的选择  30-31
    2.2.5 物性参数的设置  31-32
    2.2.6 运算环境设定  32
    2.2.7 边界条件的确定  32
    2.2.8 求解器的选择及相应参数的设定  32-34
    2.2.9 收敛标准的判定  34
    2.2.10 并行计算的应用  34-35
第三章 220kv主变压器室通风节能的优化  35-60
  3.1 物理模型和边界条件  35-39
    3.1.1 物理模型及Gambit处理  35-38
    3.1.2 边界条件  38-39
  3.2 原设计模型额定通风量的数值模拟分析  39-44
    3.2.1 研究参考对象及工况说明  39-40
    3.2.2 Z=2水平截面上模拟结果分析  40-41
    3.2.3 X=1.65截面上模拟结果分析  41-42
    3.2.4 工况下Y=6.1竖直截面上模拟结果分析  42-43
    3.2.5 Line1～Line4上温度随高度分布  43-44
    3.2.6 模拟对比结论  44
  3.3 送风口尺寸的优化  44-50
    3.3.1 不同送风口尺寸的工况  44-45
    3.3.2 各工况下Z=2m水平界面的温度模拟结果  45-46
    3.3.3 各工况下Z=4m水平界面的温度模拟结果  46-47
    3.3.4 各工况下X=7.05m竖直界面的温度模拟结果  47-48
    3.3.5 Line1～Line4上温度随高度分布  48-50
    3.3.6 送风口尺寸优化结论  50
  3.4 不同送风温度下温度场的模拟  50-56
    3.4.1 模拟工况  51
    3.4.2 各工况下Z=2m水平界面的温度模拟结果  51-52
    3.4.3 各工况下x=7.05m竖直截面的温度模拟结果  52-54
    3.4.4 line1～line4上温度随高度分布  54-55
    3.4.5 不同送风温度的结论  55-56
  3.5 不同送风温度下送风量的优化  56-59
    3.5.1 模拟工况  56
    3.5.2 各工况下Z=2m水平界面的温度模拟结果  56-57
    3.5.3 各工况下X=7.05m竖直截面的温度模拟结果  57-58
    3.5.4 不同送风温度下送风量的结论  58-59
  3.6 小节  59-60
第四章其他设备房间通风节能的优化  60-75
  4.1 35KV电抗器室送风模拟分析  60-70
    4.1.1 物理模型和数学模型  60-61
    4.1.2 一年四季不同送风温度下的温度场的模拟分析  61-66
    4.1.3 不同送风温度下送风量的优化  66-70
    4.1.4 5KV电抗器室小节  70
  4.2 接地变室送风模拟  70-74
    4.2.1 物理模型和数学模型  70
    4.2.2 一年四季不同送风温度下的温度场的模拟分析  70-74
    4.2.3 接地变室小节  74
  4.3 小节  74-75
第五章室外流场的研究  75-97
  5.1 室外总进排风口温度的理论计算  75-81
    5.1.1 各排风温度的确定方法  75-76
    5.1.2 1#排风井总排风温度的计算  76-78
    5.1.3 2#、3#、4#排风井总排风温度的计算  78-81
    5.1.4 初始化参数介绍  81
  5.2 室外无风场时不同下垫面状况下的模拟  81-89
    5.2.1 物理模型的建立  81-82
    5.2.2 数学模型的建立及网格的生成  82-83
    5.2.3 边界条件的设定  83-84
    5.2.4 模拟结果分析  84-89
    5.2.5 小节  89
  5.3 1#排风井位置的优化  89-93
    5.3.1 物理模型的建立  89-90
    5.3.2 数学模型的建立及边界条件的设定  90-92
    5.3.3 模拟结果分析  92-93
  5.4 探索降低排风影响进风的方法  93-96
    5.4.1 物理模型  93-94
    5.4.2 数学模型及边界条件  94-95
    5.4.3 树木冠层阻力特性的测量方法  95
    5.4.4 模拟结果的分析  95-96
  5.5 小节  96-97
第六章结论及展望  97-99
  6.1 总结  97
  6.2 展望  97-99
参考文献  99-102

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