一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，具体步骤包括：采用相似性理论对综合管廊电力舱进行通风传热分析，得到电缆芯、电缆绝缘层、墙体砼结构以及管廊围岩的无量纲温度场以及传热相似准则数；采用加热带来模拟电缆发热；采用特定厚度的保温棉来模拟电缆绝缘层；采用特定厚度的模板来地下综合管廊电力舱的墙体砼结构；采用特定厚度的保温棉来模拟地下综合管廊电力舱围岩。本发明专利技术根据综合管廊所建地理环境，气候变化，电缆敷设量来提前科学地匹配电缆载流量，风机功率，防火间隔的长度等关键信息，达到节能，绿色，经济运行的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法
本专利技术涉及通风和传热领域，尤其涉及一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法。
技术介绍
综合管廊又称共同沟，是实施统一规划、设计、施工和维护，建于城市地下用于敷设市政公用管线的市政公用设施。在地下综合管廊的施工设计中，安全问题十分重要，由于火灾通常在电力舱发生，因而电力舱运行中最重要的就是确保通风控温和预防火灾。由于综合管廊在全国各大城市的推广以及电力舱运行的特殊性，对于综合管廊特别是电力舱的通风传热方面的研究变得愈加重要。在现有技术中，可以通过测量电缆绝缘层外皮温度进行电力电缆载流量能力的预测以及分析不同环境下的电力电缆温度的区别，能够综合考虑电缆间距以及电缆层间距同电缆沟深度对于电缆温度的影响。但是仍然普遍缺乏实验验证这一关键步骤。而在建设过程中，工程师们对于防火间隔长度、电缆载流量、电缆敷设方式也往往不一样。而不合理的建设方式以及运行工况不仅增加了风机负担，提高了电缆温度，同时也降低了电缆对突发事故的预防性，增加了突发事故时工作人员的危险程度。过于保守的综合管廊建设与运行，又导致过高设置风机功率，造成了大量的经济与能源浪费，同时也对于底面的出风口进风口的修建带来了不少的工程量，为地面楼宇建设，绿化带来了不便。能够进行实验验证的缩尺模型成为模拟电力舱温度场分布，研究电力舱电缆传热特性的有效手段。目前关于电力舱的缩尺模型理论比较缺乏，关于电力舱电缆的传热相似准则也比较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法。本专利技术的目的能够通过以下技术方案实现：一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，具体步骤包括：采用相似性理论对综合管廊电力舱进行通风传热分析，得到电缆芯、电缆绝缘层、墙体砼结构以及管廊围岩的无量纲温度场以及传热相似准则数；采用加热带来模拟电缆发热；采用特定厚度的保温棉来模拟电缆绝缘层；采用特定厚度的模板来地下综合管廊电力舱的墙体砼结构；采用特定厚度的保温棉来模拟地下综合管廊电力舱围岩。具体地，在采用相似性理论对综合管廊电力舱进行通风传热分析，得到电缆芯、电缆绝缘层、墙体砼结构以及管廊围岩的无量纲温度场以及传热相似准则数步骤中，包括：S1、采用傅里叶导热公式计算忽略电缆辐射传热的电缆芯温度场、电缆绝缘层温度场，对所得公式进行无量纲化处理，得到电缆芯温度场、电缆绝缘层温度场及相应的相似准则数；S2、采用傅里叶导热公式计算忽略墙壁辐射传热的墙体砼结构，管廊围岩温度场，并对所得公式进行无量纲化处理，得到墙体砼结构温度场、管廊围岩温度场及相应的相似准则数；S3、根据努塞尔系数，对电力舱内通风情况进行设置，得到模型中舱内通风情况。更进一步地，在所述步骤S1和S2的计算中，忽略辐射传热，具体为：由于单位表面辐射传热公式为温度的四次幂方程，表示为：其中，q表示电缆辐射散热的热流密度；ε表示电缆表面的发射率；T5表示电缆表面温度；T6表示电力舱内墙壁温度。而对流传热与固体内部传热均为温度的一次幂方程，无法在同一幂次下进行无量纲化，同时辐射传热量在风速1m以上时仅占总传热的20％不到，因此能够合理地忽略辐射传热。更进一步地，所述步骤S1包括：根据傅里叶导热微分提出无量纲温度：其中，T1表示电缆芯内任一点的温度，T∞表示电力舱外部环境温度。得到电缆芯的一维温度场，表示为：其中，r1表示电缆芯某点到电缆轴心距离，R1表示绝缘层内半径到电缆芯轴的距离，λ1表示电缆芯导热系数，表示单位体积内热源，θ表示电缆芯内任一点的无量纲温度，所得相似准则数表示为简化绝缘层边界条件为对流传热，提出无量纲温度：其中，T2表示电缆绝缘层内任一点的温度，Tin表示电力舱进风温度，T∞表示电力舱外部环境温度。得到绝缘层内的无量纲温度场：其中，r2表示绝缘层某点到电缆轴心距离,R2表示绝缘层外半径到电缆芯轴的距离，λ2表示绝缘层导热系数，h表示电缆表面对流换热系数，Θ表示绝缘层内任一点的无量纲温度。所得相似准则数表示为和更进一步地，所述步骤S2包括：简化墙体砼结构边界条件为对流传热提出无量纲温度：得到墙体砼结构内的无量纲温度场：其中，T3表示墙体砼结构任一点的温度，Tin表示电力舱进风温度，T∞表示电力舱外部环境温度，l1表示墙内某点到墙外表面的距离，L1表示墙体砼结构厚度，λ3表示墙体砼结构导热系数，h2表示墙体砼结构表面对流换热系数，Ψ表示墙体砼结构任一点的无量纲温度，q1表示墙体的热流密度；所得相似准则数表示为和提出无量纲温度：得到绝缘层内的无量纲温度场：所得相似度准则数表示为其中，T4表示围岩内任一点的温度，T∞表示电力舱外部环境温度，l2表示围岩内某点到围岩外表面的距离，L2表示管廊围岩厚度，λ4表示管廊围岩导热系数，Ω表示围岩内任一点的无量纲温度，q1表示墙体的热流密度。更进一步地，所述步骤S3包括：采用对流换热相似准则数Nu来模拟真实管廊内空气流动，其中Nu＝hl/λ。其中，Nu为努赛尔数，h表示电缆表面任一点对流换热系数，l为特征尺度。由于电力舱中绝对部分空气流动是沿着电缆长度方向流动，因此本专利技术中采用外掠平板的湍流换热关联式：Nux＝0.0296Re4/5xPr1/3，其中Re为雷诺数，Pr为普朗特数。通过Nu数相同得到相同的Re数，进而得到试验台内部风速，确定通风流量。进一步地，所述采用加热带来模拟电缆发热，具体步骤为：根据电缆发热公式得到电缆体积内热源密度，将所得到的电缆芯传热相似准则数代入试验台来模拟热源的半径以及热源的导热系数，能够得到试验台模拟热源所需的发热功率。进一步地，所述采用特定厚度的保温棉来模拟电缆绝缘层，具体步骤为：根据所得到的绝缘层传热相似准则数和能够得到在特定导热系数以及厚度绝缘层情况下对应的发热功率。进一步地，所述采用特定厚度的木板来模拟地下综合管廊电力舱的墙体砼结构，具体步骤为：根据所得到的墙体砼结构相似准则数和能够确定在不同的对流换热系数下墙体砼结构的厚度以及墙体与围岩之间的传热流量。进一步地，所述采用特定厚度的保温棉来模拟地下综合管廊电力舱围岩，具体步骤为：根据所得到的围岩传热相似准则数能够得到在特定的围岩导热系数以及特定的墙体与围岩之间的传热流量为q1时保温棉的厚度。本专利技术相较于现有技术，具有以下的有益效果：1、本专利技术所提出的缩尺试验台的搭建方法，不仅能够有效地对电力舱的热环境进行模拟，更可以在不通工况对电缆温度进行动态分析，能够有效地解决关于综合管廊特别是电力舱难以进行实地考察以及多样灵活研究的问题。本专利技术能够进行不同规格的地下综合管廊特别是电力舱的前期通风传热的研究，用来根据综合管廊所建地理环境、气候变化、电缆敷设量来提前科学地匹配电缆载流量、风机功率、防火间隔的长度等关键信息，实现节能、绿色、经济运行的目的。附图说明图1为一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法的整体流程图。图2为广州亚运城综合管廊管道舱的断面图。图3为缩尺模型试验台的侧视图。其中，1—模拟绝缘层、2—模拟热源、3—风机、4—通风软管、5—测速元件、6—测压元件、7—计算机、8—测温元件。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示为一种基于相似理论的电力舱缩尺试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，其特征在于，具体步骤包括：采用相似性理论对综合管廊电力舱进行通风传热分析，得到电缆芯、电缆绝缘层、墙体砼结构以及管廊围岩的无量纲温度场以及传热相似准则数；采用加热带来模拟电缆发热；采用特定厚度的保温棉来模拟电缆绝缘层；采用特定厚度的模板来地下综合管廊电力舱的墙体砼结构；采用特定厚度的保温棉来模拟地下综合管廊电力舱围岩。

【技术特征摘要】
1.一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，其特征在于，具体步骤包括：采用相似性理论对综合管廊电力舱进行通风传热分析，得到电缆芯、电缆绝缘层、墙体砼结构以及管廊围岩的无量纲温度场以及传热相似准则数；采用加热带来模拟电缆发热；采用特定厚度的保温棉来模拟电缆绝缘层；采用特定厚度的模板来地下综合管廊电力舱的墙体砼结构；采用特定厚度的保温棉来模拟地下综合管廊电力舱围岩。2.根据权利要求1所述的一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，其特征在于，在采用相似性理论对综合管廊电力舱进行通风传热分析，得到电缆芯、电缆绝缘层、墙体砼结构以及管廊围岩的无量纲温度场以及传热相似准则数步骤中，包括：S1、采用傅里叶导热公式计算忽略电缆辐射传热的电缆芯温度场、电缆绝缘层温度场，对所得公式进行无量纲化处理，得到电缆芯温度场、电缆绝缘层温度场及相应的相似准则数；S2、采用傅里叶导热公式计算忽略墙壁辐射传热的墙体砼结构，管廊围岩温度场，并对所得公式进行无量纲化处理，得到墙体砼结构温度场、管廊围岩温度场及相应的相似准则数；S3、根据努塞尔系数，对电力舱内通风情况进行设置，得到模型中电力舱内通风情况。3.根据权利要求2所述的一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，其特征在于，在所述步骤S1和S2的计算中，忽略辐射传热。4.根据权利要求2所述的一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，其特征在于，所述步骤S1包括：根据傅里叶导热微分方程式提出无量纲温度：得到电缆芯的一维温度场，表示为：其中，T1表示电缆芯内任一点的温度，T∞表示电力舱外部环境温度，r1表示电缆芯某点到电缆轴心距离，R1表示绝缘层内半径到电缆芯轴的距离，λ1表示电缆芯导热系数，表示单位体积内热源，θ表示电缆芯内任一点的无量纲温度，所得相似准则数表示为简化绝缘层边界条件为对流传热，提出无量纲温度：得到绝缘层内的无量纲温度场：所得相似准则数表示为和其中，T2表示电缆绝缘层内任一点的温度，Tin表示电力舱进风温度，r2表示绝缘层某点到电缆轴心距离,R2表示绝缘层外半径到电缆芯轴的距离，λ2表示绝缘层导热系数，h表示电缆表面对流换热系数，Θ表示绝缘层内任一点的无量纲温度。5.根据权利要求2所述的一种基于相似理论的电力舱缩尺试验台搭建方法，其特征在于，所述步骤S2包括：简化墙体砼结构边界条件为对流传热提出无量纲温度：得到墙体砼结构内的无量纲温度场：所得相似准则数表示为和其中，T3表示墙体砼结构任一点的温度，Tin表示电力舱进风温度，T∞表示电力舱外部环境温度，l1表示墙内某点到墙外表面的距离，L1表示墙体砼结构厚度，λ3表示墙体砼结构导热系数，h2表示墙体砼结构表面对流换热系数，Ψ表示墙体砼结构任一点的无量纲温度,q1表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪峰，王家绪，蒋航航，黎庶，郑宇蓝，陈思维，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44