【技术实现步骤摘要】
特长公路隧道开式可控循环通风的节能量计算方法
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系统的节能量计算方法。
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4...
【技术保护点】
1.一种特长公路隧道开式可控循环通风的节能量计算方法，是用于特长公路隧道开式可控循环通风系统的节能量计算；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所消耗总功率的计算式如下：
【技术特征摘要】
1.一种特长公路隧道开式可控循环通风的节能量计算方法，是用于特长公路隧道开式可控循环通风系统的节能量计算；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所消耗总功率的计算式如下：式(1)中，P为开式可控循环通风系统的消耗总功率，W；Q2为循环风道引风段流经风流风量，m3/s；Q3为隧道短道中并联风流风量，m3/s；k为循环率，无量纲数；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；R3为分支“隧道短道”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；R4为分支“循环风道引射段”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；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；(二)确定在常规送排风竖井通风方式中，所消耗总功率计算式如下：式(2)中，PTypical为常规送排风竖井通风方式中的消耗总功率，W；Qt(2)为排风竖井排放风流风量，m3/s；Qt(3)为隧道短道流经风流风量，m3/s；Rt(1)为分支“排风竖井上半部分至排风井口”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；Rt(2)为分支“排风竖井下半部分”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；Rt(3)为分支“隧道短道”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；Rt(4)为分支“送风竖井下半部分”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；Rt(6)为分支“送风井口至送风竖井下半部分起始点”的摩擦风阻系数，N·S2/m8；(三)相比常规送排风竖井通风方式，开式可控循环通风系统的节能量计算方法如下：(1)在常规送排风竖井通风方式与开式可控循环通风系统中，为了保持风量平衡，采取排放风流风量等于送入风流风量，即：Qt(2)＝Qt(4)(3)；式(3)中，Qt(4)为常规送排风竖井通风方式中送风竖井送入风流风量，m3/s；并且有：Q2＝Q4(4)；式(4)中，Q4为开式可控循环通风系统中循环风道引射段流经风流风量，m3/s；一般还有：Qt(3)＝Q3(5)；由于开式可控循环通风系统与常规送排风竖井通风方式结构的相似性，应用物理学中质量守恒基本原理，得到：Qt(r)＝Qt(2)+Qt(3)＝Q2+Q3＝Qr(6)；式(6)中，Qt(r)为常规送排风竖井通风方式中隧道入口吸入的外界新鲜风流流量，m3/s；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；由于开式可控循环通风系统与常规送排风竖井通风方式结构的相似性，二者的对应之路的摩擦风阻系数近似相等，则有：Ri＝Rt(i)(7)；式(7)中，Ri为开式可控循环通风系统中各分支i’(i范围为1至11的自然数)的摩擦风阻系数，N·S2/m8；Rt(i)为常规送排风竖井通风方式中各分支t(i)(i范围为1至11的自然数)的摩擦风阻系数，N·S2/m8；(2)将公式(2)减去公式(1)，得到开式可控循环通风系统相比常规送排风竖井通风方式的能耗节省量，如式(8)所示：ΔP＝PTypical-P(8)；式(8)中，ΔP为开式可控循环通风系统相比常规送排风竖井通风方式的节能量，W；(3)在公式(8)中，为了实现流体力学的力平衡，一般存在下式：R1≈R6＞＞R2≈R4＞＞R3≈0(9)；(4)由于开式可控循环通风系统与常规送排风竖井通风方式结构的相似性，有如下变换关系式：式(10)中，η为除尘器烟尘净化效率，无量纲数；(5)应用公式(7)和公式(9)，忽略公式(8)中的小量级项，并把公式(7)和公式(10)代入公式(8)，得到简化后的公式(8)，即为开式可控循环通风系统的节能量计算式如式(11)：(6)设R1+R6＝R，再设R5＝a·R(0<a<1)，并把这两个假设代入公式(11)，即得式(12)：式(12)中，R为分支“循环风道引风段至排风竖井、排风井口”与分支“送风井口、送风竖井至循环风道引射段”的摩擦风阻系数之和，即为开式可控循环通风系统中排风竖井与送风竖井两个分支的摩擦风阻系数之和，N·S2/m8；a为循环风道摩擦风阻系数的当量系数，无量纲数；公式(12)表明，在确定了常规送排风竖井通风方式的排风风流风量和隧道短道中并联风流风量的情况下，以及给定开式循环通风系统的循环比、净化效率和主要分支上的摩擦风阻系数，就能计算出实施开式可控循环通风系统而节省的通风功率消耗值。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节能量计算方法，其特征在于：步骤(一)中公式(1)的确定方法如下：(Ⅰ)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(13)：式(13)中，hfe为排风风机风压，Pa；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；Q2为分支“循环风道引风段”风流风量，即循环风道引风段流经风流风量，m3/s；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；(Ⅱ)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(14)：式(14)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；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；(Ⅲ)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...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈世强，陈永平，王海桥，郝小礼，李轶群，李石林，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。