储气洞室的气密性计算方法技术

本发明专利技术公开了一种储气洞室的气密性计算方法，包括：S1根据达西定律，设定不同渗流距离的渗流速度计算式1；S2根据理想气体状态方程计算式2，设定洞室内部的压力差Δpx的计算式3；S3假设气体到达混凝土外表面时，渗出的气体的渗流速度为uA(t)，设定dt时间内泄漏的气体体积计算式4；S4设定可容纳空气的孔隙体积表示V孔隙并得到V孔隙计算式5：S5取气体刚刚渗流到A点位置时为时间起点并且时刻t渗出的气体体积为ΔV(t)，设定洞室内部的压力差计算式6；S6对计算式5积分，得到微分方程，解该微分方程，则得到泄漏的气体体积随时间的表达式。利用本发明专利技术能提供不同的内衬渗透率下的气体泄漏情况，通过控制内衬的渗透率来保证储气洞室的气密性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种储气洞室的气体泄漏状况的计算方法。
技术介绍
压缩空气储能系统是另一种能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统。它通过压缩空气储存多余的电能，在需要时，将高压空气释放通过膨胀机做功发电。地下储气库是压缩空气储能系统的重要组成部分，是保障其运行性能和可靠性的技术关键。与一般地下洞室不同的是，压缩空气储能的地下储气库需要有良好的封闭性，以保证封存气体不会流失，保证储能系统的工作效率。作为一种新兴的电力储存技术，国内外对压气储能的研究仍在进行中。而针对内衬型硬岩储气洞室的气体泄漏情况的计算，尚未有人发表相关的方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种能提供不同的内衬渗透率下的气体泄漏情况，通过控制内衬的渗透率来保证储气洞室的气密性的储气洞室的气体泄漏状况的计算方法，其特点在于，其包括以下步骤：S1、令洞室边缘的某点O为坐标原点，根据达西定律，设定对于不同渗流距离的渗流速度为计算式1： u ( x ) = k μ Δ p x ]]>其中：u是渗流速度，Δp是洞室内部与混凝土内x位置的压力差，Δx是渗透距离，μ是空气动力粘度，k是渗透率，取洞室边缘为坐标原点；S2、随着气体的不断渗流，压力差Δp也是不断变化的，根据理想气体状态方程计算式2：pV＝nRT，则当气体渗入混凝土内x位置时，设定洞室内部的压力差Δpx为计算式3：其中，Δp0为洞室与混凝土的初始压力差，T为混凝土的温度，Vm为混凝土温度条件下的气体摩尔体积，ΔVx为此时已经渗入到混凝土中的气体体积；S3、渗流开始后，设气体到达混凝土外表面之后才属于气体泄漏，假设气体到达混凝土外表面时，渗出的气体的渗流速度为uA(t)，取混凝土外表面为气体渗出的表面，以r表示混凝土内衬的半径，r0为储气洞室的半径，设定在dt时间内泄漏的气体体积为计算式4：dV＝uA(t)·dt·4πr2；S4、对于混凝土内衬，设定可容纳空气的孔隙体积表示V孔隙，储气洞室的体积表示为V洞室，则设定V孔隙的计算式5：其中，η为孔隙率；S5、取气体刚刚渗流到A点位置时为时间起点，并且时刻t渗出的气体体积为ΔV(t)，于是此时设定洞室内部的压力差计算式6为：S6、对计算式5进行积分，得到计算式7：令则 Δ V ( t ) = A t - B ∫ 0 t Δ V ( t ) d t ]]>解微分方程得到如下泄漏的气体体积随时间的表达式，单位为m3 Δ V ( t ) = A B - A B · e - B t . ]]>在一些实施例中，所述储气洞室是一个球形的洞室，洞室的内壁用一圈混凝土进行内衬，且混凝土介质各项均匀，即混凝土中孔隙也是均匀分布。在一些实施例中，步骤S1中的压力差(Δp)取正值。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实施例。本专利技术的有益效果：利用本专利技术的计算方法能提供不同的内衬渗透率下的气体泄漏情况，通过控制内衬的渗透率来保证储气洞室的气密性。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1为本专利技术的储气洞室截面示意图。图2为本专利技术储气库运行过程中气体泄漏情况图。图3为本专利技术24h内气体泄漏量情况图(k＝2.380×10-18m2)。具体实施方式下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本专利技术。实施例储气洞室的密封性是评价压缩空气储能系统的重要参数之一，直接影响压缩空气储能电站的运行效率。本专利技术的目的是提供一种压缩空气储能的储气洞室的气体泄漏状况的计算方法，以提供不同的内衬渗透率下的气体泄漏情况，通过控制内衬的渗透率来保证储气洞室的气密性。如图1所示，本专利技术的储气洞室是一个球形的洞室，洞室的内壁用一圈混凝土进行内衬，且混凝土介质各项均匀，即混凝土中孔隙也是均匀分布，于是可以取某一方向上空气渗流情况进行分析。如图1所示，设开挖洞室的半径为r，储气空间的半径为r0，混凝土的厚度为r-r0(意思是说，开挖一个半径为r的洞室，然后施作一层厚度为r-r0的混凝土衬砌，因此衬砌所围成的储气洞室的半径就是r0，同时混凝土内衬的半径是r)，初始情况洞室内部与外界的压力差为Δp0。由于洞室的内壁的混凝土内衬中存在孔隙，在压力差的作用下，洞室内部的气体就会缓慢的向混凝土内渗透。随着空气的渗出，洞室内部与外界的压力差会逐渐减小，当压力差减小至0，渗流现象也随即停止。如图1～图3所示，本实施例提供的储气洞室的气体泄漏状况的计算方法，包括：S1、令洞室边缘的某点O为坐标原点，根据达西定律，对于不同渗流距离的渗流速度为(压力差Δp取正值)。式中：u是渗流速度，Δp是洞室内部与混凝土内x位置的压力差，Δx是渗透距离，μ是空气动力粘度，k是渗透率，取洞室边缘为坐标原点。S2、随着气体的不断渗流，压力差Δp也是不断变化的，根据理想气体状态方程：pV＝nRT (计算式2)可以计算当气体渗入混凝土内x位置时，洞室内部的压力差Δpx为：式中，Δp0为洞室与混凝土的初始压力差，T为混凝土的温度，Vm为混凝土温度条件下的气体摩尔体积，ΔVx为此时已经渗入到混凝土中的气体体积。S3、渗流开始后，设气体到达混凝土外表面之后才属于气体泄漏。如图1所示，假设气体到达图1中的混凝土外表面(即A点位置)(意思是指：当气体从混凝土衬砌中泄露出去的时候，也就是气体达到混凝土的外表面时)时，渗出的气体的渗流速度为uA(t)，计算时取混凝土外表面为气体渗出的表面，同前，以r表示混凝土内衬的半径，r0为储气洞室的半径，那么在dt时间内泄漏的气体体积为：dV＝uA(t)·dt·4πr2 (计算式4)S4、对于混凝土内衬，可容纳空气的孔隙体积表示V孔隙，储气洞室的体积表示为V洞室，则式中，η为孔隙率。S5、因为一般混凝土的孔隙较少，孔隙中的气体可以忽略，因此取气体刚刚渗流到A点位置时为时间起点，并且时刻t渗出的气体体积为ΔV(t)，于是此时洞室内部的压力差为：S6、对计算式(5)进行积分，得到计算式7：令则解微分方程得：计算式此计算式10即是泄漏的气体体积随时间的表达式，单位为m3。本专利技术的计算方法适用于内衬硬岩洞室型储气库，可以在设计施工之前计算可能的气体泄漏量，为内衬混凝土的选型提供一定的参考。如表1所示，表1是混凝土渗透标号与渗透率换算表。表1 混凝土渗透标号与渗透率换算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储气洞室的气密性计算方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、令洞室边缘的某点O为坐标原点，根据达西定律，设定对于不同渗流距离的渗流速度为计算式1：u(x)=kμΔpx]]>其中：u是渗流速度，Δp是洞室内部与混凝土内x位置的压力差，Δx是渗透距离，μ是空气动力粘度，k是渗透率，取洞室边缘为坐标原点；S2、随着气体的不断渗流，压力差Δp也是不断变化的，根据理想气体状态方程计算式2：pV＝nRT，则当气体渗入混凝土内x位置时，设定洞室内部的压力差Δpx为计算式3：其中，Δp0为洞室与混凝土的初始压力差，T为混凝土的温度，Vm为混凝土温度条件下的气体摩尔体积，ΔVx为此时已经渗入到混凝土中的气体体积；S3、渗流开始后，设气体到达混凝土外表面之后才属于气体泄漏，假设气体到达混凝土外表面时，渗出的气体的渗流速度为uA(t)，取混凝土外表面为气体渗出的表面，以r表示混凝土内衬的半径，r0为储气洞室的半径，设定在dt时间内泄漏的气体体积为计算式4：dV＝uA(t)·dt·4πr2；S4、对于混凝土内衬，设定可容纳空气的孔隙体积表示V孔隙，储气洞室的体积表示为V洞室，则设定V孔隙的计算式5：其中，η为孔隙率；S5、取气体刚刚渗流到A点位置时为时间起点，并且时刻t渗出的气体体积为ΔV(t)，于是此时设定洞室内部的压力差计算式6为：S6、对计算式5进行积分，得到计算式7：令则ΔV(t)=At-B∫0tΔV(t)dt]]>解微分方程得到如下泄漏的气体体积随时间的表达式，单位为m3ΔV(t)=AB-AB·e-Bt.]]>...

【技术特征摘要】
1.一种储气洞室的气密性计算方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、令洞室边缘的某点O为坐标原点，根据达西定律，设定对于不同渗流距离的渗流速度为计算式1： u ( x ) = k μ Δ p x ]]>其中：u是渗流速度，Δp是洞室内部与混凝土内x位置的压力差，Δx是渗透距离，μ是空气动力粘度，k是渗透率，取洞室边缘为坐标原点；S2、随着气体的不断渗流，压力差Δp也是不断变化的，根据理想气体状态方程计算式2：pV＝nRT，则当气体渗入混凝土内x位置时，设定洞室内部的压力差Δpx为计算式3：其中，Δp0为洞室与混凝土的初始压力差，T为混凝土的温度，Vm为混凝土温度条件下的气体摩尔体积，ΔVx为此时已经渗入到混凝土中的气体体积；S3、渗流开始后，设气体到达混凝土外表面之后才属于气体泄漏，假设气体到达混凝土外表面时，渗出的气体的渗流速度为uA(t)，取混凝土外表面为气体渗出的表面，以r表示混凝土内衬的半径，r0为储气洞室的半径，设定在dt时间内泄漏的气体体积为计算式4：dV＝uA(t)·dt·4πr2；S4、对于混凝土内衬，设定可容纳空气的孔隙体积表示V孔隙，储气洞室的体积表示为V洞室，则设...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭益成，叶斌，程子睿，叶为民，陈永贵，关雪飞，
申请(专利权)人：上海电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31