【技术实现步骤摘要】
特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法
本专利技术属于隧道防灾减灾
，具体涉及一种用于特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法。
技术介绍
公路隧道是半陷或者浅埋的狭长空间，治理隧道内行驶的汽车所产生的烟尘等污染物，一直是业界关注的重要问题。一般采用机械通风的方法，稀释烟尘和CO等污染物，污风排至隧道外环境，并且属于直流式系统方案。长距离或者特长距离公路隧道的通风系统，必须配合通风竖井，才能满足隧道内稀释污染物的用风需求。特长公路隧道通风具体涉及竖井开挖位置、通风机、射流风机群和风道等影响因素的优化，是行业内的前沿问题。目前，将外界新鲜空气引入隧道，稀释车辆排放的污染物，然后将污风排出洞外，这是能耗高的传统隧道通风。采用竖井分段送风，引入外界新鲜空气，稀释特长隧道内的污染物，并确保其浓度在安全值以内，最后，通过分段竖井排出污风；KwaGS和夏永旭等实践了常用的竖井分段送排风隧道通风系统。对于隧道中行车形成的交通风，方磊和Wang等应用模型试验的方法，得出了送风口与隧道行车方向宜取6°，而排风口与隧道行车方向的夹角应不大于30°；继而，方磊等明确指出通风井送排式纵向通风系统一直存在土建费用及运行能耗大的问题。针对通风井工程造价高或者无设置条件的特长隧道，利用上下行线通风负荷不均匀特性，Berner等首次提出了双洞互补通风；利用模型实验和数值仿真，张光鹏验证和校核了设计参数，并把双洞互补式通风应用于锦屏隧道中；通过实验实测，王亚琼等深入研究了双洞互补式通风下的隧道内流场，进一步论证了该通风方式的可行性，并且一般情况下双洞互补通风方式适用...
【技术保护点】
1.一种特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法，是用于特长公路隧道开式可控循环通风系统的最优循环比计算；所述特长公路隧道开式可控循环通风系统包括设置于隧道旁通隧洞且平行于隧道的循环风道，隧道入口至循环风道的引风段之间是上游隧道，循环风道的引射段至隧道出口之间是下游隧道，循环风道通过其两端的引风段和引射段与隧道连通，上游隧道与下游隧道之间是隧道短道；循环风道内设有除尘器；循环风道的引风段亦与隧道旁通隧洞中设有的排风竖井的进口连通，排风竖井中设有排风风机；循环风道的引射段亦与隧道旁通隧洞中设有的送风竖井的出口连通，送风竖井中设有送风风机；其特征在于包括如下步骤：(一)确定开式可控循环通风系统的节能系数计算式如下：
【技术特征摘要】
1.一种特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法，是用于特长公路隧道开式可控循环通风系统的最优循环比计算；所述特长公路隧道开式可控循环通风系统包括设置于隧道旁通隧洞且平行于隧道的循环风道，隧道入口至循环风道的引风段之间是上游隧道，循环风道的引射段至隧道出口之间是下游隧道，循环风道通过其两端的引风段和引射段与隧道连通，上游隧道与下游隧道之间是隧道短道；循环风道内设有除尘器；循环风道的引风段亦与隧道旁通隧洞中设有的排风竖井的进口连通，排风竖井中设有排风风机；循环风道的引射段亦与隧道旁通隧洞中设有的送风竖井的出口连通，送风竖井中设有送风风机；其特征在于包括如下步骤：(一)确定开式可控循环通风系统的节能系数计算式如下：式(1)中，τ为开式可控循环通风系统的节能系数，无量纲数；k为循环率，无量纲数；η除尘器烟尘净化效率，无量纲数；a为循环风道摩擦风阻系数的当量系数，无量纲数；(二)开式可控循环通风系统中，循环率对节能系数的一阶导数计算式如下：式(2)中，为k对τ的一阶偏导数，无量纲数；(三)开式可控循环通风系统中，循环率对节能系数的二阶导数计算式如下：式(3)中，为k对τ的二阶偏导数，无量纲数；整理公式(3)，得到式(4)：在公式(4)中，当0≤a≤1、0.70≤η≤0.99时，取0<k≤1，经过数值迭代工具计算表明，公式(4)小于0；(四)确定节能系数最大值的最优循环比计算方法如下：根据高等数学中的极值原理，当二阶导数小于0，令一阶导数等于0，即得因变量最大值的自变量表达式，即最优循环比计算式如下：公式(5)表明，相比常规送排风竖井通风方式，存在循环比使开式可控循环通风系统获得最大节能量，该循环比与循环风道摩擦风阻系数的当量系数、除尘器烟尘净化效率相关，利用公式(5)能计算出不同除尘器烟尘净化效率和当量系数下最大节能系数所对应的循环比。2.根据权利要求1所述特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法，其特征在于：步骤(一)中公式(1)的确定方法如下：(Ⅰ)开式可控循环通风系统的有效风量计算方法如下：在开式可控循环通风系统中，假设循环风道引风段和循环风道引射段风流风量相等且为Q2；循环风道的循环率k为流经除尘器的未净化风流风量与循环风道引风段风流风量的比值，则有：流经除尘器的未净化风流风量为kQ2，送风风机送入新鲜风流风量为(1-k)Q2，且，排风风机排放风流风量为(1-k)Q2；在开式可控循环通风系统中，假设除尘器烟尘净化效率为η，并设循环风道引风段的空气烟尘浓度为δ，则除尘器有效风量系数为ω＝δ/δ0，其中，δ为循环风道引风段的空气烟尘浓度，m-1；δ0为通风设计的烟尘容许浓度，m-1；则经过除尘器净化后的新鲜空气风量为kωηQ2；根据前述，送风风机送入新鲜空气风量为(1-k)Q2，排风风机排放的新鲜空气风量为(1-ω)(1-k)Q2；则，得到开式可控循环通风系统中经过送风风机和排风风机提供的新鲜风流风量计算式如下：kωηQ2+(1-ω)kQ2-Q2(1-k)(1-ω)＝[ω-kω(1-η)]Q2(6)；式(6)中，Q2为循环风道引风段流经风流风量，m3/s；ω＝δ/δ0为除尘器有效风量系数，无量纲数；δ0为通风设计的烟尘容许浓度，m-1；δ为流入除尘器未净化循环风流的烟尘浓度即循环风道引风段的空气烟尘浓度，m-1；(Ⅱ)开式可控循环通风系统的消耗总功率计算方法如下：(1)由分支“循环风道引风段至排风竖井、排风井口”、分支“循环风道引风段”、分支“隧道入口至上游隧道、循环风道引风段”和分支“排风井口至隧道入口之间大气环境”组成的闭合回路，其中分支“排风井口至隧道入口之间大气环境”为伪分支，表示与大气相连，运用流体静力学中的风压平衡方程可得出分支“循环风道引风段至排风竖井、排风井口”上的排风风机风压计算式如式(7)：式(7)中，hfe为排风风机风压，Pa；Qr为开式可控循环通风系统中隧道入口吸入的外界新鲜风流风量，m3/s；he为排风竖井升压力，Pa；hj7为分支“隧道入口至上游隧道、循环风道引风段”中的射流风机群总升压力，Pa；ht7为分支“隧道入口至上游隧道、循环风道引风段”中的单向交通隧道交通通风力，Pa；hm7为分支“隧道入口至上游隧道、循环风道引风段”中的自然通风力，Pa；R1为分支“循环风道引风段至排风竖井、排风井口”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；R2为分支“循环风道引风段”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；R7为分支“隧道入口至上游隧道、循环风道引风段”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；(2)由分支“送风井口、送风竖井至循环风道引射段”、分支“循环风道引射段”、分支“循环风道引射段至下游隧道、隧道出口”和分支“隧道出口至送风井口之间大气环境”组成的闭合回路，其中分支“隧道出口至送风井口之间大气环境”为伪分支，表示与大气相连，运用流体静力学中的风压平衡方程可得出分支“送风井口、送风竖井至循环风道引射段”上的送风风机风压计算式如式(8)：式(8)中，hfs为送风风机风压，Pa；hs为送风竖井升压力，Pa；hj8为分支“循环风道引射段至下游隧道、隧道出口”中的射流风机群总升压力，Pa；ht8为分支“循环风道引射段至下游隧道、隧道出口”中的单向交通隧道交通通风力，Pa；hm8为分支“循环风道引射段至下游隧道、隧道出口”中的自然通风力，Pa；R4为分支“循环风道引射段”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；R6为分支“送风井口、送风竖井至循环风道引射段”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；R8为分支“循环风道引射段至下游隧道、隧道出口”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；(3)由分支“循环风道引风段至排风竖井、排风井口”、分支“循环风道”、分支“送风井口、送风竖井至循环风道引射段”和分支“送风井口至排风井口之间大气环境”组成的闭合回路，其中分支“送风井口至排风井口之间大气环境”为伪分支，表示与大气相连，运用流体静力学中的压力平衡方程可得出分支“循环风道”上的除尘器所配置吸风风机风压计算式如式(9)：式(9)中，hf-deduster为循环风道中除尘器所配置吸风风机风压，Pa；R3为分支“隧道短道”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；R5为分支“循环风道”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；Q3为隧道短道中并联风流风量，m3/s；(4)由分支“隧道入口至上游隧道、循环风道引风段”、分支“隧道短道”、分支“循环风道引射段至下游隧道、隧道出口”、分支“隧道出口至送风井口之间大气环境”、分支“送风井口至排风井口之间大气环境”和分支“排风井口至隧道入口之间大气环境”组成的闭合回路，运用流体静力学中的风压平衡方程可得式(10)：hs+he＝R7Qr2+R3Q32+R8Qr2-hj7-ht7+hm7-hj8-ht8+hm8(10)；式(10)中，hs为送风竖井升压力，Pa；he为排...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海桥，陈永平，陈世强，郝小礼，鲁义，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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