隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法。本发明专利技术方法主要是：首先，确定流经除尘器净化后循环风流的等效新风量计算式；再确定净化后循环风流新风风量折减系数的计算方法。通过对净化后循环风流新风风量折减系数计算式的分析可得到，当闭式可控循环通风系统的净化后循环风流新风风量折减系数大于1时，实施可控循环通风系统能达到常规送排风竖井通风方式相同的通风效果并且系统风量降低，从而能迅速快捷完成闭式循环通风系统实施的预评估。

【技术实现步骤摘要】
隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法
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闭式可控循环通风的净化后循环风流新风风量折减系数的计算方法。
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闭式可控循环通风的净化后循环风流新风风量折减系数的计算方法尚未形成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于特长公路隧道闭式可控循环通风的净化后循环风流新风风量折减系数的计算方法，从而能迅速快捷完成闭式循环通风系统实施的预评估。本专利技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法，是用于特长公路隧道闭式可控循环通风系统的净化后循环风流新风风量折减系数计算；所述特长公路隧道闭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；其特征在于包括如下步骤：(一)确定流经除尘器净化后循环风流的等效新风量计算式如下：Qeff(η)＝η·ω·e·Qr(1)；式(1)中，Qeff(η)为净化后循环风流的等效新风量，m3/s；Qr为从隧道入口引入的外界新鲜风流风量，m3/s；e为分风比数，无量纲数；ω为流入除尘器循环风流的有效风量系数，无量纲数；η为除尘器烟尘净化效率，无量纲数；(二)净化后循环风流新风风量折减系数的计算方法如下：(1)对于在循环风道中未设置除尘器的常规送排风竖井通风方式而言，送风竖井送入新鲜风流后，在引射段新鲜风流等效新风量计算式如下：Q′eff(s)＝ω'Q'(2)；式(2)中，Q′eff(s)为常规送排风竖井通风方式中的引射段新鲜风流等效新风量，m3/s；ω′为常规送排风竖井通风方式中的循环风道有效风量系数，无量纲数；Q'为常规送排风竖井通风方式中的送风竖井送入新鲜风流风量，m3/s；(2)利用公式(1)和公式(2)，能得到可控循环通风系统与常规通风方式等效的通风效果，公式(1)的风量等于公式(2)的风量，即：Q′eff(s)＝Qeff(η)＝η·ω·e·Qr＝ω'Q'(3)；(3)对于可控循环通风系统与常规在循环风道中未设置除尘器的送排风竖井通风方式而言，在影响稀释烟尘所需风量的自变量相同的情况下，则可控循环通风系统和送排风竖井通风方式对应的分风比数相等，二者从隧道入口引入的新鲜风流风量相等，即：e·Qr＝Q'(4)；(4)在上述边界条件下，基于公式(3)和公式(4)，定义可控循环通风系统中净化后循环风流新风风量折减系数的计算式如下：式(5)中，为净化后循环风流新风风量折减系数，无量纲数；公式(5)表明，当闭式可控循环通风系统的净化后循环风流新风风量折减系数大于1时，实施可控循环通风系统能达到常规送排风竖井通风方式相同的通风效果并且系统风量降低。具体的，步骤(一)、(二)中式(1)、式(2)、式(4)的确定方法如下：(Ⅰ)根据现有工程计算方法，得到隧道烟尘流量计算式如下：式(6)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；其中，烟尘流量的综合影响因子C的计算式为：式(7)中，C为烟尘流量的综合影响因子，m/s；在公式(6)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；(Ⅱ)应用式(6)和式(7)，上游风流的烟尘浓度计算式如下：式(8)中，δ为上游风流的烟尘浓度，m-1；L1为上游隧道的长度，m；Qr为从隧道入口引入的外界新鲜风流风量，m3/s；(Ⅲ)分风比数由下式确定：式(9)中，e为分风比数，无量纲数；Q为分流至循环风道引风段的风流风量，m3/s；(Ⅳ)除尘器的有效风量系数与烟尘净化效率的计算方法如下：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，如下式所示：式(10)中，ω为有效风量系数，无量纲数；δ为上游风流的烟尘浓度，m-1；δ0为通风设计的烟尘容许浓度，m-1；除尘器烟尘净化效率计算式如下：式(11)中，δeff(η)为净化后的循环风流烟尘浓度，m-1；(Ⅴ)由上述推导，确定循环风道引射段处的等效新风量即流经除尘器净化后循环风流的等效新风量计算式如式(1)：Qeff(η)＝η·ω·e·Qr(1)；式(1)中，Qeff(η)为净化后循环风流的等效新风量，m3/s；(Ⅵ)由上述推导，确定常规送排风竖井通风方式中的引射段新鲜风流等效新风量计算式如式(2)：Q′eff(s)＝ω'·Q'(2)；式(2)中，Q′eff(s)为常规送排风竖井通风方式中的引射段新鲜风流等效新风量，m3/s；ω'为常规送排风竖井通风方式中的循环风道有效风量系数，无量纲数；Q'为常规送排风竖井通风方式中的送风竖井送入新鲜风流风量，m3/s；在公式(2)中，常规送排风竖井通风方式中的循环风道有效风量系数计算式如下：式(12)中，δ'为常规送排风竖井通风方式中的循环风道烟尘浓度，m-1；在公式(12)中，当上游隧道长度相同的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法，是用于特长公路隧道闭式可控循环通风系统的净化后循环风流新风风量折减系数计算；所述特长公路隧道闭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；其特征在于包括如下步骤：(一)确定流经除尘器净化后循环风流的等效新风量计算式如下：Qeff(η)＝η·ω·e·Qr                       (1)；式(1)中，Qeff(η)为净化后循环风流的等效新风量，m3/s；Qr为从隧道入口引入的外界新鲜风流风量，m3/s；e为分风比数，无量纲数；ω为流入除尘器循环风流的有效风量系数，无量纲数；η为除尘器烟尘净化效率，无量纲数；(二)净化后循环风流新风风量折减系数的计算方法如下：(1)对于在循环风道中未设置除尘器的常规送排风竖井通风方式而言，送风竖井送入新鲜风流后，在引射段新鲜风流等效新风量计算式如下：Q′eff(s)＝ω'Q'                          (2)；式(2)中，Q′eff(s)为常规送排风竖井通风方式中的引射段新鲜风流等效新风量，m3/s；ω′为常规送排风竖井通风方式中的循环风道有效风量系数，无量纲数；Q'为常规送排风竖井通风方式中的送风竖井送入新鲜风流风量，m3/s；(2)利用公式(1)和公式(2)，能得到可控循环通风系统与常规通风方式等效的通风效果，公式(1)的风量等于公式(2)的风量，即：Q′eff(s)＝Qeff(η)＝η·ω·e·Qr＝ω'Q'              (3)；(3)对于可控循环通风系统与常规在循环风道中未设置除尘器的送排风竖井通风方式而言，在影响稀释烟尘所需风量的自变量相同的情况下，则可控循环通风系统和送排风竖井通风方式对应的分风比数相等，二者从隧道入口引入的新鲜风流风量相等，即：e·Qr＝Q'                           (4)；(4)在上述边界条件下，基于公式(3)和公式(4)，定义可控循环通风系统中净化后循环风流新风风量折减系数的计算式如下：...

【技术特征摘要】
1.一种隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法，是用于特长公路隧道闭式可控循环通风系统的净化后循环风流新风风量折减系数计算；所述特长公路隧道闭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；其特征在于包括如下步骤：(一)确定流经除尘器净化后循环风流的等效新风量计算式如下：Qeff(η)＝η·ω·e·Qr(1)；式(1)中，Qeff(η)为净化后循环风流的等效新风量，m3/s；Qr为从隧道入口引入的外界新鲜风流风量，m3/s；e为分风比数，无量纲数；ω为流入除尘器循环风流的有效风量系数，无量纲数；η为除尘器烟尘净化效率，无量纲数；(二)净化后循环风流新风风量折减系数的计算方法如下：(1)对于在循环风道中未设置除尘器的常规送排风竖井通风方式而言，送风竖井送入新鲜风流后，在引射段新鲜风流等效新风量计算式如下：Q′eff(s)＝ω'Q'(2)；式(2)中，Q′eff(s)为常规送排风竖井通风方式中的引射段新鲜风流等效新风量，m3/s；ω′为常规送排风竖井通风方式中的循环风道有效风量系数，无量纲数；Q'为常规送排风竖井通风方式中的送风竖井送入新鲜风流风量，m3/s；(2)利用公式(1)和公式(2)，能得到可控循环通风系统与常规通风方式等效的通风效果，公式(1)的风量等于公式(2)的风量，即：Q′eff(s)＝Qeff(η)＝η·ω·e·Qr＝ω'Q'(3)；(3)对于可控循环通风系统与常规在循环风道中未设置除尘器的送排风竖井通风方式而言，在影响稀释烟尘所需风量的自变量相同的情况下，则可控循环通风系统和送排风竖井通风方式对应的分风比数相等，二者从隧道入口引入的新鲜风流风量相等，即：e·Qr＝Q'(4)；(4)在上述边界条件下，基于公式(3)和公式(4)，定义可控循环通风系统中净化后循环风流新风风量折减系数的计算式如下：式(5)中，为净化后循环风流新风风量折减系数，无量纲数；公式(5)表明，当闭式可控循环通风系统的净化后循环风流新风风量折减系数大于1时，实施可控循环通风系统能达到常规送排风竖井通风方式相同的通风效果并且系统风量降低。2.根据权利要求1所述隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法，其特征在于：步骤(一)、(二)中式(1)、式(2)、式(4)的确定方法如下：(Ⅰ)根据现有工程计算方法，得到隧道烟尘流量计算式如下：式(6)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；其中，烟尘流量的综合影响因子C的计算式为：式(7)中，C为烟尘流量的综合影响因子，m/s；在公式(6)中，当基准排放量不变，以及车况、车密度、坡度、车速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世强，武梦婷，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