[发明专利]提取特长隧道渗漏水冷量的表冷器光管内水流速优化方法

摘要

本发明公开了一种提取特长隧道渗漏水冷量的表冷器光管内水流速优化方法，包括如下步骤：（一）计算基于最优光管长度的水流速度与光管内径；（二）计算几何运动动力误差限的误差百分比；（三）计算几何运动动力误差限的误差百分率；（四）确定优化的表冷器光管内水流流速。本发明能优化用于提取特长隧道渗漏水冷量的表冷器光管内水流速，能避免繁琐的设计参数初选、试算和校核计算，或者庞杂费时的计算传热学与计算流体力学数值仿真，迅速快捷找到提取特长隧道渗漏水冷量的表冷器光管内优化的渗漏水流流速。

主权项

1.一种提取特长隧道渗漏水冷量的表冷器光管内水流速优化方法，是用于特长隧道变电所的渗漏水冷量提取装置的表冷器光管内水流速优化；所述特长隧道变电所的渗漏水冷量提取装置包括过滤罐、集水池、水泵、总干管、单元干管、表冷器，过滤罐放置在隧道内高处，过滤罐与集水池相连，隧道的渗漏水在过滤罐中集聚并过滤，过滤后的渗漏水流入集水池，集水池的中下部安装总干管，总干管上设有水泵，总干管的一端与集水池相连，总干管的另一端与多个单元干管一端连接，每个变电所内均设置至少一个表冷器，表冷器外围护上设有回风口和送风口，表冷器内设有蛇形盘管，每个单元干管的另一端均与一个变电所内的蛇形盘管的一端连接，每个蛇形盘管的另一端均与一根单元回水管的一端连接，所有单元回水管的另一端均连接总回水管；其特征在于：包括如下步骤：(一)计算基于最优光管长度的水流速度与光管内径；具体步骤为：(1‑1)计算渗漏水换热量最大值的最优光管长度：公式(1)中，Lopt为最优光管长度，单位为m；ρ为渗漏水密度，单位为kg/m3；c为渗漏水比热容，单位为kJ/(kg·K)；υ为流体运动粘度，单位为m2/s；λ为流体导热系数，单位为W/(m·K)；u为管内渗漏水沿流向的水流速度，单位为m/s；dinner为光管内径，单位为m；(1‑2)计算基于最优光管长度的水流速度与光管内径；在公式(1)中，影响最优光管长度计算结果的变量，只有水流速度和光管内径；则根据公式(1)，水流速度与光管内径计算式为：公式(2)，W为水流速度与光管内径的几何运动混合参数，是几何学中结构尺寸参数与流体力学中运动参数的混合参数，单位为m1.4/s0.2；(二)计算几何运动动力误差限的误差百分比；(2‑1)计算几何运动混合参数误差限：在一定的工况下，流经光管表冷器的渗漏水质量流量是一定的；在此约束下，增大光管内径，则水流流速减小，或者水流流速增加，则光管内径减小；在公式(2)中的混合变量表达式中，光管内径和水流速度的次方数不相等，二者变化对混合变量的影响，用混合变量误差限量化，如下式所示：erfW(i+1)＝|100·(Wi+1‑Wi)/(Wi+1)|       (3)公式(3)中，erfW(i+1)为几何运动混合参数误差限，无量纲数；Wi+1为本位几何运动混合参数，单位为m1.4/s0.2；Wi为本位几何运动混合参数的前序几何运动混合参数，单位为m1.4/s0.2；i+1为本位下标，取从1开始依次递增的自然数，无量纲数；i为本位下标i+1的前序本位下标，取从0开始依次递增的自然数，无量纲数；(2‑2)流动压损误差限计算；根据流体力学中动力学基本理论，在湍流流态中，管内流的流动压损与流速平方成正比，即：P＝C·u2         (4)公式(4)中，P为流动压损，单位为Pa；C＝0.5ρ为流动压损系数，单位为kg/m3；根据公式(4)，流动压损误差限计算公式如下：erfP(i+1)＝|100·(Pi+1‑Pi)/(Pi+1)|        (5)公式(5)中，erfP(i+1)为流动压损误差限，无量纲数；Pi+1为本位流动压损，单位为Pa；Pi为本位流动压损的前序流动压损，单位为Pa；i+1为本位下标，取从1开始依次递增的自然数，无量纲数；i为本位下标i+1的前序本位下标，取从0开始依次递增的自然数，无量纲数；(三)计算几何运动动力误差限的误差百分率；(3‑1)计算几何运动动力误差限：几何运动混合参数误差限与流动压损误差限两个方面影响因素的综合效果，即是几何运动动力误差限，其计算式如下：erfWP(i+1)＝|100·(Wi+1‑Wi)/(Wi+1)|·|100·(Pi+1‑Pi)/(Pi+1)|          (6)公式(6)中，erfWP(i+1)为本位几何运动动力误差限，无量纲数；i+1为本位下标，取从1开始依次递增的自然数，无量纲数；i为本位下标i+1的前序本位下标，取从0开始依次递增的自然数，无量纲数；(3‑2)计算几何运动动力误差限的误差百分率：Δerf＝100·(erfWP(i+2)‑erfWP(i+1))/erfWP(i+2)               (7)公式(7)，Δerf为几何运动动力误差限的误差百分率，无量纲数；erfWP(i+2)为本位几何运动动力误差限的后序几何运动动力误差限，无量纲数；i+2为本位下标，取从2开始依次递增的自然数，无量纲数；i+1为本位下标i+2的前序本位下标，取从1开始依次递增的自然数，无量纲数；(四)确定优化的表冷器光管内水流流速；(4‑1)在渗漏水质量流量一定的情况下，随着管内水流流速的增加，几何运动混合参数误差限逐渐增加，流动压损误差限逐渐减小，该两个误差限增加或者减小的变化幅度不相同；进一步，随着管内水流流速的增加，该两个误差限的组合误差限，即几何运动动力误差限缓慢增加；再进一步，随着管内水流流速的增加，几何运动动力误差限的误差百分率为：从边界值缓慢减小，减小至极小值，从极小值点缓慢增加，表现为高等数学中上凹曲线变化趋势；(4‑2)基于极小值初步优化表冷器光管内水流流速：根据步骤(4‑1)所找到的极小值点，找到对应的变冷器光管内水流流速，该流速为初步优化表冷器光管内水流流速；(4‑3)基于极小值波动范围内的表冷器光管内水流速度优化：根据步骤(4‑2)所初步优化的表冷器光管内水流流速，水流流速是极小值；以极小值为基点，适当放宽，结合光管内径，找到优化点，具体过程为：①以几何运动动力误差限的误差百分率为横坐标，以水流流速为左侧纵坐标，以光管内径为右侧纵坐标，绘制几何运动动力误差限的误差百分率与水流流速的曲线图，并绘制几何运动动力误差限的误差百分率与光管内径的曲线图；②根据步骤①的结果，找到步骤(4‑1)所确定的极小值，此为基点；以基点为中心，放宽水流流速范围，并与光管内径尺寸进行匹配，找到优化点；该优化点就是表冷器光管内水流流速优化值。