坝体通风廊道换热性能的解析及模拟研究

作者：温建军

页数：160

出版社：吉林大学出版社

出版日期：2018

ISBN：9787569231021

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内容简介

本书以云南景洪水电站为背景，建立了坝体通风廊道换热的物理数学模型，分析了问题的复杂性和进行假设简化的必要性。利用CFD技术对各种工况进行了模拟研究，利用解析方法推导了空气流经坝体廊道时热量传热的过程和主要物理量的解析式，并用MATLAB语言编制程序，求得了各种工况下空气流经坝体廊道时主要物理量的解析解。分析研究了室外空气温度、空气流速、隧道洞长、隧道横断面等因素对坝体通风廊道换热效应的影响。通过模拟解、解析解、实测数据的分析比较，表明空气经坝体通风廊道（或无压尾水洞）有显著的换热降温作用，得出空气物性变化的一般规律，阐述了热值交换的机理。最后对景洪水电站坝体通风廊道进行了网络节点效果分析。

作者简介

温建军，男，1976年生，工学博士，内蒙古科技大学能源与环境学院讲师。一直从事暖通空调的智能化应用研究、强化传热技术的机理及其应用研究、复杂流动传热问题的数值模拟研究以及新能源综合利用等工作。
读研期间，参与教育部新世纪优秀人才支持计划基金项目一项，参与国防973重大基础研究项目一项；参与完成国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目一项；参与完成陕西省国家杰出青年科学基金一项；主持及参与完成内蒙古科技大学教改课题两项；主持在研内蒙古自治区自然科学基金项目一项；主持在研内蒙古科技大学创新基金项目一项。近年在国内外重要学术期刊、会议等发表学术文章近二十篇。

本书特色

水电站属可再生能源，50多年来，我国共修建各类水电站5万多座，其中大中型水电站230多座，还有一批超巨型、（特）大型水电站在建、待建和拟建中。水电站地下厂房的通风系统主功能是要控制厂房内的热湿环境，保证工艺设备的正常稳定运行和人员工作环境的舒适性，但厂房内湿度高、热负荷大、通风系统复杂、投资和运行费用高已成为水电站建设中一个亟待解决的问题。坝体廊道的换热效应经推广普及，不仅有利于节能降耗和环保，还有助于降低通风空调系统的初投资和运行费用，具有很大的现实意义。

目录

节选

第１章　水电能源的飞速发展
众所周知，能源是人类赖以生存的重要物质基础，是经济增长和社会进步的动力源，是人类文明程度的重要标志之一。
在原始社会，人类只能靠采集狩猎为生，社会生产力水平十分低下，只能被动地适应自然，这个时期，人口数量和平均寿命都很低。
火的发明，使柴薪成为人类第一代主体能源，在吃熟食、取暖、进行简单的手工生产和交通运输活动中，人类度过了悠久的农业文明时代。
直到18世纪，蒸汽机的发明，使煤炭一跃成为第二代主体能源，由于以煤炭为燃料的蒸汽机的应用，使纺织、冶金、采矿、机械加工等工业获得迅速发展，科学技术与工业发展创造的新知识、新技术和新产品，极大地降低了人口死亡率，延长了人的寿命。
19世纪末，人类发明了以汽油和柴油为燃料的内燃机，出现了汽车、飞机、轮船，将人类飞速推进到现代文明时代。而20世纪60年代，全球石油的消费超过了煤炭，成为第三代主体能源，人类的活动不再局限于地球表面，已拓展到地球外层空间。
可见，能源推动了生产的发展和经济规模的扩大；能源的每次重大突破，都会引起生产技术和社会发展的重大变革；能源更是提高人们生活水平的重要物质保障。
然而，随着人口的迅猛增加、经济的突飞猛进，能源消耗持续增加，环境不断恶化，因能源问题引发的局部能源战争或全球性能源竞争形势日益严峻，而经亿万年形成的化石燃料正面临严重的危机和挑战，引起了世人的普遍关注。
1.1
世界化石能源面临的危机和挑战
自18世纪工业革命以来，以煤、石油、天然气等化石燃料为基础的能源体系极大地推动了人类社会的发展，创造了辉煌的现代文明。然而，随着世界人口的迅猛增加、经济的突飞猛进，能源消耗的持续增加，造成能源日益枯竭，环境不断恶化，还诱发了不少国家之间、地区之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争。
纵观历史，因能源争夺而引起战争的例子屡见不鲜。众所周知，日本是个能源匮乏的国家，能源需求的80％靠进口，为了满足国内需求，多次挑起战争，如1894年中日甲午战争、1905年日俄战争、1931年开始的侵华战争均与之有关。再如20世纪80年代的两伊战争、90年代的海湾战争、21世纪的伊拉克战争等，从起因到结果均与石油等战略资源紧密关联。一直以来，中东特别是海湾地区集中了全球石油储量的三分之二，可谓名副其实的“世界油库”。据有关统计，海湾石油储量达910亿吨，占全球64.5％，其中沙特占25％，伊拉克占10.9％，阿联酋占9.5％，科威特占9.1％，伊朗占8.7％。中东石油产量占全球的三分之一，石油出口量约为全球的65％，且开采成本极低，由此使得其成为世界重要的产油地和石油出口地。与中东相比，美国曾是世界上第一石油消费国和原油进口国，年进口原油近5亿吨，占世界原油贸易量的近三分之一。2017年3月，中国原油进口量飙升至近920万桶／日的纪录高位，使得中国一跃成为全球第一大原油进口国、第二大石油消费国、第一大煤炭消费国。因此，拥有长期的、稳定的石油原料来源至关重要。
石油之所以成为引发冲突或战争的根源，是因为石油的战略价值在战争中得到了充分的体现。有了石油，才使飞机实现全球机动，使战场空间从陆地延伸到海上、空中甚至外太空；有了石油才能使远洋船只保持充足的动力；有了石油提供的燃料，才能使航天器送上太空，使在外层空间作战成为可能，而电力、煤炭都是不可能做到这一点的。虽然如此，煤、石油、天然气、铀等化石燃料由于数量有限，且不可再生，加上化石能源正随着各国经济的发展和人民生活水平的日益提高而消耗量持续增长，能源的枯竭之日越来越近，初步预测可参照图1.1所示。
据2000年统计，全世界探明的煤储量折合标准煤为21000亿吨，其中可采量仅为8300亿吨，因受到客观条件或开采技术限制，并非全有开采价值，若按今天煤炭消费量31亿吨标准煤继续开采，尚可维持200余年。
据1999年统计，全世界探明石油可采总储量为3113亿吨，而目前剩余可采量约为1511亿吨，若按2000年石油产量35.5亿吨继续下去，尚可维持40余年，加上非常规石油如油页岩、油砂等估计也就70年左右光景，实际上目前的石油消费量仍在扩大，枯竭之日可能更加提前。
天然气资源十分丰富，但按今天消费和发展趋势，剩余储量也不过可再开采数十年而已。
我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家。据统计，我国煤炭剩余可采储量为1661亿吨，可供开采不足百年，石油剩余可采储量为23亿吨，仅可供开采14年，天然气剩余可采储量为6310亿立方米，可供开采不过30余年，当然这种估计的准确性也值得商榷，因为忽略了新的矿藏能源的不断探明。
此外，能源短缺会对国民经济发展造成消极影响，这一点毋庸置疑。如1974年世界能源危机中，美国短缺1.16亿吨标准煤，国民生产总值减少了930亿美元；日本短缺0.6亿吨标准煤，国民生产总值减少了485亿美元。据分析，由于能源短缺所引起的国民经济损失，约为能源本身价值的20～60倍。