埋地電力隧道溫度特性的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、由于城市美化以及安全考慮,城市輸電線路一般采用電力隧道內(nèi)敷設(shè)的形式。近年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高,電力輸送逐年遞增。電力輸送過程中,電纜發(fā)熱會造成隧道內(nèi)溫度的上升，過大的發(fā)熱有可能引起隧道內(nèi)過熱,進(jìn)而損壞電纜絕緣層。因此,對一定幾何條件和電力負(fù)荷條件下電力隧道內(nèi)部溫度進(jìn)行預(yù)測,對于電力隧道運(yùn)行至關(guān)重要。本文采用數(shù)值分析方法,建立了二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型以及在通風(fēng)條件下的三維傳熱模型,對隧道內(nèi)部溫度分布進(jìn)行數(shù)值計算分析,計算是通

2、過C++編制程序?qū)崿F(xiàn)的。其中,二維模型主要對隧道與周圍土壤間的導(dǎo)熱進(jìn)行模擬計算,計算中考慮了氣候條件對于土壤內(nèi)部溫場的影響。三維模型則考慮隧道內(nèi)壁面與空氣間的對流換熱,得出一定熱負(fù)荷條件和通風(fēng)條件下隧道內(nèi)部的溫度特性。計算結(jié)論指出,隧道溫度的上升具有早期上升快,15年后減緩的特性。在上海市的氣候條件下,采用冬季通風(fēng)散熱能夠?qū)档退淼罍囟绕鸬胶芎玫男Ч?。本文還對于上述的計算進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證主要包括相似性試驗(yàn)驗(yàn)證以及現(xiàn)場測試驗(yàn)證。相似性試驗(yàn)采

3、用相似性理論,將幾何模型減小到實(shí)際的1/100,從而使時間尺度為實(shí)際尺度的1/10000。相似性試驗(yàn)可減小實(shí)驗(yàn)臺的幾何尺度,使試驗(yàn)可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成;同時,時間尺度上的縮小可使4天的試驗(yàn)預(yù)測實(shí)際情況中100年?，F(xiàn)場測試驗(yàn)證是在上海市龍陽路等隧道的內(nèi)安裝測試儀器,記錄其一段時期內(nèi)的溫度特性,再與數(shù)值計算結(jié)果相對比得到的。無論是相似性試驗(yàn)驗(yàn)證還是現(xiàn)場測試驗(yàn)證,均證明開發(fā)的數(shù)值計算模型可以準(zhǔn)確預(yù)測隧道內(nèi)溫度的短期和長期特性。誤差在15％以內(nèi)。利

4、用驗(yàn)證正確的數(shù)值計算模型,本文根據(jù)上海市現(xiàn)有隧道的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)測了各隧道的溫度,并對于影響隧道溫度的因素進(jìn)行分析。計算表明,在當(dāng)前負(fù)荷情況下,上海市現(xiàn)有隧道在50年內(nèi)均不會超過35℃的上限溫度。輸電線路帶來的熱負(fù)荷是造成隧道溫度上升的主要因素,隧道幾何條件如直徑和深度等對于隧道溫度有很大影響。在采用通風(fēng)散熱時,應(yīng)選擇冬季進(jìn)行,同時通風(fēng)風(fēng)速越大,越有利于隧道內(nèi)散熱。間歇通風(fēng)能夠有效降低隧道溫度,同時保護(hù)風(fēng)機(jī)壽命。利用開發(fā)的通風(fēng)程序和預(yù)測

5、負(fù)荷數(shù)據(jù),對于世博電力隧道溫度進(jìn)行預(yù)測。計算結(jié)果表明,由于世博隧道電力負(fù)荷大,幾何條件復(fù)雜,無通風(fēng)時隧道溫度會超過35℃,大負(fù)荷時溫度可達(dá)65℃。為此通過計算研究了世博隧道的通風(fēng)方案,在連續(xù)通風(fēng)條件下,為了將隧道溫度控制在35℃的安全溫度之內(nèi),需要將風(fēng)速控制在3m/s以上,并且每年需要通風(fēng)120天以上。本文還給出了一種優(yōu)化通風(fēng)方案,能夠?qū)⒚磕觑L(fēng)機(jī)開啟的時間控制在100天左右。最后,利用隧道長期溫度特性與平均熱負(fù)荷的關(guān)系情況,將溫度—負(fù)荷