公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法，包括如下步骤：1）确定除尘器临界有效风量系数；2）在满足通风设计要求的前提下，当

【技术实现步骤摘要】
公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法
本专利技术属于隧道防灾减灾
，具体涉及一种公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法。
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于4km～7km的公路隧道。但是，特长隧道通风成本高和竖井开挖位置受地质、城市规划制约等问题，依然突出，并且用于特长公路隧道开式可控循环通风的除尘器临界有效风量判定方法尚未形成。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种能够迅速快捷完成开式循环通风系统实施的预评估的公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法。本专利技术采用的技术方案是：一种公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法，所述的公路隧道开式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；包括如下步骤：1)确定除尘器临界有效风量系数如公式(1)：式中：ωc为临界有效风量系数，无量纲数；δ1c为上游风流的临界烟尘浓度，m-1；δ为通风设计的烟尘容许浓度，m-1；2)计算上游风流的临界烟尘浓度：在满足通风设计要求的前提下，当隧道短道的并联风流烟尘浓度与隧道通风设计的烟尘容许浓度为δ相等时，即δ2＝δ时，上游风流的临界烟尘浓度计算公式如公式(2)：式中：δ为通风设计的烟尘容许浓度，m-1；δ2为隧道短道的并联风流烟尘浓度，m-1；e为分风比，无量纲数；Qr为从隧道入口引入的外界新鲜风流风量，m3/s；C为烟尘流量综合影响因子，m/s；Ls为隧道短道的长度，m；3)计算流入除尘器的未净化循环风流风量：根据物理学中的质量守恒原理，开式通风系统的流入除尘器的未净化循环风流风量的计算式如公式(3)：Qη＝k·e·Qr(3)式中：Qη为流入除尘器的未净化循环风流风量，m3/s；k为循环率，无量纲数；4)由公式(1)、公式(2)和公式(3)，得到流入除尘器的有效风量临界值计算式如公式(4)：式中：Qηωc为临界有效风量，m3/s；公式(4)表明：当除尘器有效风量等于或者大于临界值后，隧道短道中的并联风流烟尘浓度超过容许浓度，继续行驶在该隧道短道内的车辆不安全。上述的公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法中，公式(1)、(2)和(3)的确定方法如下：a)根据现有工程计算方法，得到隧道烟尘流量计算式，具体计算如公式(5)：式中：QVI为隧道烟尘流量，m2/s；qVI为烟尘基准排放量，m2/veh·km；fa(VI)为考虑烟尘的车况系数，无量纲数；fd为车密度系数，无量纲数；fh(VI)为考虑烟尘的海拔高度系数，无量纲；fiv(VI)为考虑烟尘的纵坡-车速系数，无量纲数；nD为柴油车车型类别数，无量纲数；Nm为相应车型的交通量，veh/h；fm(VI)为考虑烟尘的柴油车车型系数，无量纲数；L为隧道长度，m；在公式(5)中，当基准排放量不变，以及车况、车密度、坡度、车速、柴油车车型无量纲数不变，且能忽略海拔变化所产生影响的情况下，则，隧道烟尘流量是隧道长度和综合影响因子的函数；其中，综合影响因子的计算公式如公式(6)：b)上游风流的烟尘浓度计算：应用公式(5)和(6)，并设上游隧道长度为L1，则流经了上游隧道后的上游风流烟尘浓度计算式如公式(7)：式中：δ1为上游风流的烟尘浓度，m-1；L1为上游隧道长度，m；c)分风比、循环率的计算：分风比按式(8)确定：式中：Q为分流至循环风道引风段的风流风量，即分流至循环风道和排风竖井的风流风量；m3/s；根据质量守恒原理，则隧道短道中并联风流的风量按式(9)确定：Qs＝(1-e)·Qr(9)式中：Qs为隧道短道的并联风流风量，m3/s；对于流入循环风道引风段的风流风量，一部分被排风机排走，另一部分进入循环风道形成未净化循环风流风量，该未净化循环风流风量占引风段风流风量的比例即为循环率k，结合公式(8)得到循环率k的计算公式(10)：式中：Qη为流入除尘器未处理循环风流的风量，m3/s；由公式(10)得到开式通风系统的流入除尘器的未净化循环风流风量为：Qη＝k·e·Qr(3)d)隧道短道的并联风流的烟尘浓度计算：隧道短道的并联风流的烟尘来自两部分，其一，上游风流携带过来的烟尘；其二，在隧道短道内行驶的车辆排放而产生的烟尘量；其中，影响隧道短道的并联风流烟尘流量的上游风流携带量按公式(11)确定：Qs1(VI)＝δ1Qs(11)式中：Qs1(VI)为来自上游风流的烟尘流量，m2/s；把公式(9)代入公式(11)，得公式(12)：Qs1(VI)＝δ1(1-e)Qr(12)此外，在隧道短道内行驶的车辆排放而形成的烟尘量计算，如公式(13)：Qss(VI)＝C·Ls(13)式中：Qss(VI)为隧道短道的并联风流中新增的烟尘流量，m2/s；Ls为隧道短道的长度，m；根据物理学基本原理，应用公式(12)和公式(13)，得到隧道短道的并联风流的烟尘浓度计算公式(14)：式中：δ2为隧道短道的并联风流的烟尘浓度，m-1；e)除尘器有效风量系数计算：为了表征循环风流烟尘浓度对除尘器性能及其极限利用的影响，定义有效风量系数为流入除尘器未净化循环风流的烟尘浓度即上游风流的烟尘浓度与烟尘浓度设计容许值的比值，如公式(15)所示：式中：ω为有效风量系数，无量纲数；f)上游风流临界烟尘浓度与除尘器临界有效风量系数计算：在满足通风设计要求的前提下，设隧道通风设计的烟尘容许浓度为δ，当满足δ2＝δ时，应用式(14)并将之变形，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法，所述的公路隧道开式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；包括如下步骤：1)确定除尘器临界有效风量系数如公式(1)：

【技术特征摘要】
1.一种公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法，所述的公路隧道开式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；包括如下步骤：1)确定除尘器临界有效风量系数如公式(1)：式中：ωc为临界有效风量系数，无量纲数；δ1c为上游风流的临界烟尘浓度，m-1；δ为通风设计的烟尘容许浓度，m-1；2)计算上游风流的临界烟尘浓度：在满足通风设计要求的前提下，当隧道短道的并联风流烟尘浓度与隧道通风设计的烟尘容许浓度为δ相等时，即δ2＝δ时，上游风流的临界烟尘浓度计算公式如公式(2)：式中：δ2为隧道短道的并联风流烟尘浓度，m-1；e为分风比，无量纲数；Qr为从隧道入口引入的外界新鲜风流风量，m3/s；C为烟尘流量综合影响因子，m/s；Ls为隧道短道的长度，m；3)计算流入除尘器的未净化循环风流风量：根据物理学中的质量守恒原理，开式通风系统的流入除尘器的未净化循环风流风量的计算式如公式(3)：Qη＝k·e·Qr(3)式中：Qη为流入除尘器的未净化循环风流风量，m3/s；；k为循环率，无量纲数；4)由公式(1)、公式(2)和公式(3)，得到流入除尘器的有效风量临界值计算式如公式(4)：式中：Qηωc为临界有效风量，m3/s；公式(4)表明：当除尘器有效风量等于或者大于临界值后，隧道短道中的并联风流烟尘浓度超过容许浓度，继续行驶在该隧道短道内的车辆不安全。2.根据权利要求1所述的公路隧道开式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法，公式(1)、公式(2)和公式(3)的确定方法如下：a)根据现有工程计算方法，得到隧道烟尘流量计算式，具体计算如公式(5)：式中：QVI为隧道烟尘流量，m2/s；qVI为烟尘基准排放量，m2/veh·km；fa(VI)为考虑烟尘的车况系数，无量纲数；fd为车密度系数，无量纲数；fh(VI)为考虑烟尘的海拔高度系数，无量纲；fiv(VI)为考虑烟尘的纵坡-车速系数，无量纲数；nD为柴油车车型类别数，无量纲数；Nm为相应车型的交通量，veh/h；fm(VI)为考虑烟尘的柴油车车型系数，无量纲数；L为隧道长度，m；在公式(5)中，当基准排放量不变，以及车况、车密度、坡度、车速、柴油车车型无量纲数不变，且能...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世强，张稳，王海桥，田峰，郝小礼，李石林，陈永平，吴世先，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43