利用尾水洞对空气进行冷却或加热是水电站通风空调实现节能的有效途径之一。在设计阶段对尾水洞内的热质交换进行准确计算是确定通风空调方案的依据。尾水洞内部的热质交换过程比较复杂,除了存在空气、岩层、水流各自内部的热质传递之外,还需要考虑空气与岩层、空气与水流、岩层与水流之间的换热传质。目前没有成熟的理论和计算公式,因此研究出工程上实用的计算方法十分必要。 本文以微元控制容积的热质平衡原理为基础,建立了准稳态准三维的尾水洞通风换热传质模型。在模型中假设尾水流量和温度沿整个洞长保持恒定,空气参数只沿尾水洞长度方向作一维变化,在1个小时之内进出口空气参数保持稳定并且空气与岩壁之间为稳态换热。该模型把整个尾水洞沿长度方向分为若干个单元段,忽略单元段与单元段之间的导热,在每个单元段内岩层的导热简化为二维稳态导热。求解时从空气入口逐单元段推进,在每个单元段内采用迭代方法耦合求解,保证空气、尾水、岩体之间的热质平衡,直到空气出口。 作者用MATLAB语言编写计算程序,以雅安地区1995年的逐时气象数据为样本年进行了10年的模拟,得到以下主要结果: 1、尾水洞通风运行大约1000小时之后,已经可以近似认为出口空气达到周期性稳定状态;在最炎热的8月份,在同一时刻尾水洞空气降温幅度(进口-出口)最高为16.3℃,最低0.83℃,平均6.3℃。在最寒冷的1月份,同一时刻尾水洞进出口空气预热幅度(出口-进口)最高12.69℃,最低-3.15℃,平均4.18℃。对于越是恶劣的天气尾水洞夏季降温冬季预热