城市地下综合管廊热力舱散热及通风研究

作     者：刘旭辉 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：王修彦;赵怀宇

授予年度：2019年

学科分类：083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 08[工学] 081403[工学-市政工程] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：综合管廊 热力舱 管线散热 机械通风 数值模拟 

摘      要：城市地下综合管廊是指用于集中敷设电力、热力、给排水等市政管线的公共隧道,并配置相应的监测维护设施,实行地下建设的一体化管理。综合管廊解决了直埋敷设中道路反复开挖的问题,延长了管线的使用年限,已成为解决城市发展中管线与空间矛盾的有效手段和必然趋势,近年来在我国得到广泛关注和推广。热力管线作为管廊内主要热源,一方面其热损影响城市集中供热效率,其次封闭空间中管线持续散热导致舱室温度升高、氧气不足,这些问题既威胁管线和作业的安全,又关系通风系统设计和运行成本。然而目前对于综合管廊热力舱供热管线散热及通风方面的研究尚少,相应的规范标准也不完善。因此,本文对该课题开展了研究,以求为今后管廊相关工程设计及规范制定提供科学依据。本文首先针对管廊热力舱供热管线散热问题,基于传热学和管沟敷设研究,确定了管线热损的理论计算流程。参考电缆沟等埋地热源温度场研究,并结合热力舱管线敷设相关文献,确定了舱室供热管线散热的数值分析模型。该模型能够反映舱内空气的换热流动情况,为管道保温设计等方面研究提供新思路。基于理论计算及数值模拟,研究了土壤热导率、大气温度等因素对管线散热的影响;基于理论及模拟误差分析,进一步探讨土壤热阻经验式的适用性,经数据拟合得到相应修正系数。此外,研究了存在电缆热源的多舱结构对供热管线散热的影响。结果表明,由于管廊埋深浅,管线热损受大气温度、覆土深度、土壤热导率的影响,变动范围较大;管线热损的理论与模拟值平均误差在3%以内,主要因土壤热阻计算式引起;热力舱覆土越浅、宽高比越大,则土壤热阻经验式误差越大;多舱结构对供热管线散热基本无影响,但当考虑电缆载流时,电缆舱温度升高会抑制供热管向土壤的散热。其次,基于CFD数值分析,对热力舱机械通风条件下气流组织规律进行研究,并引入空气龄等指标评价通风效果。在此基础上,进一步分析了进风温度、排风量大小对气流组织的影响,探讨了通过管廊排风热回收调控进风温度方案的可行性。结果表明,舱室入风端出现回流,管线散热对空气产生的热升力易阻碍新风纵向流通;当进风温度提高,参与工作面空气流通的风量增大,流动形式越来越接近活塞流,人体呼吸面的排污能力得到显著提升;可利用管廊热力或电力舱排风余热调控进风温度,实现通风和能源回收的双效节能。