匝道排风型单匝道公路隧道通风系统风量分配的计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种匝道排风型单匝道公路隧道通风系统风量分配计算方法，该方法通过引入匝道与主隧道之间的分风比χ、断面面积比γ以及土建影响因素A、B，计算分风比χ存在的条件下，匝道排风型单匝道公路隧道通风系统总阻力P和直接从出口隧道排风的通风系统总阻力P

【技术实现步骤摘要】
匝道排风型单匝道公路隧道通风系统风量分配的计算方法


[0001]本专利技术涉及隧道通风领域，具体涉及一种可以快速确定匝道排风型单匝道公路隧道通风系统中最佳节能工况下，匝道及主隧道风量分配的计算方法。

技术介绍

[0002]近年来修建了不少长隧道、特长隧道以及隧道群，隧道占公路里程比重不断增大。随着隧道建设技术不断提高以及运营的需要，隧道趋势是越修越长、越修越宽，技术越来越难、越复杂。秦岭终南山隧道、厦门翔安隧道、青岛胶州湾隧道、上海长江隧桥等重点工程相继建成通车，且已成为城市道路的重要组成部分，并与城乡公路、城市轨道交通、城市道路等多种交通系统相互衔接、协调工作，突显了疏解交通压力，增强城乡交通畅通性、改善交通环境的作用。其中，城市隧道由于其交通功能需求，需修建大量的进出口匝道，以解决城区间的交通衔接功能，这样对于本来就已复杂的通风网络系统增加了不少挑战，同时也带来了诸如风量分配、风机设置、系统节能等一系列问题。
[0003]隧道通风系统一直是隧道运营期间的能耗大户。如何在保证所有行车区域的设计风量满足相关要求的前提下尽量减少通风系统装机功率一直是行业内研究的重点。
[0004]例如：曹会芹等申请了“隧道施工通风管道风量分配控制器”的专利技术专利，通过在三通接头底部设置有柱状凹槽，解决了现有隧道施工通风管道两侧工作面所需风量得不到合理分配造成通风时间延长且浪费能耗、延误工期的问题。慕志光等申请了“制冷设备及其风量分配板”的专利技术专利，简化了风道的结构，通往各制冷室的冷风都经由风量分配板进行统一分配，从而可以实现对各风道支路中风量的较精确控制。潘代威等申请了“一种地下矿山通风系统及风量分配方法”专利技术专利，解决地下矿山多中段同时采矿通风问题。李凤军申请了“一种风量分配系统”专利技术专利，通过控制系统采集数据，调节分配至各室内区域的风量大小，以调节各室内区域的空气质量，提高分配至各室内区域的风量利用率。姚志军等申请了“送风管的风量分配机构”的专利技术专利，可以根据需要调整导风板在主管体中的偏转角度，控制向不同出风口送出不同的风量，满足现场的实际需求，提高送风系统使用效率。
[0005]归纳起来，上述专利涉及的实质性内容，主要在于研究风量分配装置、控制系统反馈调节风量的控制方法等问题；但是，对于利用匝道排风的单匝道公路隧道通风系统中匝道与主隧道的风量分配、土建参数对风量分配的影响以及通风系统节能计算均未进行阐述和解决。

技术实现思路

[0006]为了实现在满足通风设计的前提下，尽可能降低隧道通风系统中的风机功耗，本专利技术提供了一种可以快速确定匝道排风型单匝道公路隧道通风系统中，通风系统所需通风机功率最小前提下，匝道及主隧道之间风量分配的计算方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种匝道排风型单匝道公路隧道通风系统风量分配计算方法，所述单匝道公路隧道通风系统包括主隧道以及与主隧道呈一
定角度设置的匝道，所述主隧道包括进口隧道与出口隧道；主隧道与匝道之间的风量分配计算方法包括以下步骤：
[0008]S1，根据风流交叉口局部阻力计算公式分别计算进口隧道至匝道通风系统中的局部阻力P
1～2
以及进口隧道至出口隧道通风系统中的局部阻力P
1～3
；
[0009]S2，分别计算所述单匝道公路隧道通风系统中，进口隧道沿程阻力P1、匝道沿程阻力P2以及出口隧道沿程阻力P3；
[0010]S3，根据步骤S1、步骤S2计算单匝道公路隧道通风系统中总通风阻力P，并引入分风比χ，以及匝道与主隧道的断面积比γ，其中：所述分风比χ为匝道通风量Q2与隧道需风量Q3的比值；γ为匝道断面积S2与主隧道断面积S3的比值；
[0011]S4，计算无匝道设置的情况下，从出口隧道直接排风的隧道通风系统中的总阻力P
’
；
[0012]S5，计算分风比χ存在的条件下，ΔP＝P
‑
P
′
＜0最小时，分风比χ的值，即：匝道排风型单匝道公路隧道通风系统总阻力P和直接从出口隧道排风的通风系统总阻力P
′
的差值小于零，引入土建影响因素A、B，其中：
[0013][0014][0015][0016]其中：λ1为主隧道沿程摩擦阻力系数，无量纲常数；λ2为匝道沿程摩擦阻力系数，无量纲常数；L1为主隧道中进口隧道长度，单位m；L2为匝道长度，单位m；d1为主隧道当量直径，单位m；d2为匝道当量直径，单位m；θ为匝道与主隧道夹角，单位
°
；K
a
为摩擦阻力影响系数，无量纲常数；ρ为空气密度，单位kg/m3；υ3为出口隧道断面风速，单位为m/s；
[0017]当ΔP值最小时，分风比根据分风比χ以及隧道需风量
Q3
的值，确定匝道通风量Q2。
[0018]进一步地，步骤S3中，引入分风比χ，以及匝道与主隧道的断面积比γ后，所述单匝道公路隧道通风系统中的总通风阻力P的计算公式如下：
[0019][0020]步骤S4中，所述出口隧道直接排风的隧道通风系统中的总阻力P
’
的计算公式如下：
[0021][0022]进一步地，步骤S5中，K
a
的计算方法如下：
[0023][0024]其中，公式(a)中，ρ为空气密度，单位kg/m3；λ为主隧道沿程摩擦阻力系数；
[0025]K
a
的取值如下：当a值为0.002～0.005时，K
a
取值为1；当a值为0.005～0.010时，K
a
的取值范围为1.1～1.25；当a值为0.010～0.015时，K
a
的取值范围为1.25～1.35；当a值为0.015～0.020时，K
a
的取值范围为1.35～1.50；当a值为0.020～0.025时，K
a
的取值范围为1.50～1.65；当a值为0.025～0.030时，K
a
的取值范围为1.65～1.80。
[0026]本专利技术同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0027]1、本专利技术通过引入分风比χ、匝道与主隧道的断面面积比γ以及土建影响因素A、B，计算分风比χ存在的条件下，
[0028]时，即：匝道排风型单匝道公路隧道通风系统总阻力P和直接从出口隧道排风的通风系统总阻力P
′
的差值小于零时的最小值，作为满足通风系统设计的要求下，实现通风系统装机功耗最小时，匝道与主隧道的风量分配，既解决了现有利用匝道排风的单匝道公路隧道通风系统风量分配设置不合理、通风系统能耗高问题；同时，所述的风量分配计算方法可以能直接量化匝道通风量与主隧道通风量的比值，具有简单、迅速、快捷的特点。
[0029]2、本专利技术根据推理得到的计算公式：
[0030]以及土建影响因素A、B，重点分析了在所述匝道排风型单匝道公路隧道通风系统中，匝道与主隧道夹角对风量分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种匝道排风型单匝道公路隧道通风系统风量分配计算方法，所述单匝道公路隧道通风系统包括主隧道以及与主隧道呈一定角度设置的匝道，所述主隧道包括进口隧道与出口隧道；其特征在于，匝道与主隧道之间的风量分配计算方法包括以下步骤：S1，根据风流交叉口局部阻力计算公式分别计算进口隧道至匝道通风系统中的局部阻力P
1～2
以及进口隧道至出口隧道通风系统中的局部阻力P
1～3
；S2，分别计算所述单匝道公路隧道通风系统中，进口隧道沿程阻力P1、匝道沿程阻力P2以及出口隧道沿程阻力P3；S3，根据步骤S1、步骤S2计算单匝道公路隧道通风系统中的总通风阻力P，并引入分风比χ，以及匝道与主隧道的断面面积比γ，其中：所述分风比χ为匝道通风量Q2与隧道需风量Q3的比值；γ为匝道断面积S2与主隧道断面积S3的比值；S4，计算无匝道设置的情况下，从出口隧道直接排风的隧道通风系统中的总阻力P
’
；S5，计算分风比χ存在的条件下，ΔP＝P
‑
P
′
＜0最小时，分风比χ的值，即：匝道排风型单匝道公路隧道通风系统总阻力P和直接从出口隧道排风的通风系统总阻力P
′
差值小于零，引入土建影响因素A、B，其中：引入土建影响因素A、B，其中：引入土建影响因素A、B，其中：其中：λ1为主隧道沿程摩擦阻力系数，无量纲常数；λ2为匝道沿程摩擦阻力系数，无量纲常数；L1为主隧道中进口隧道长度，单位m；L2为匝道长度，单位m；d1为主隧道当量直径，单位m；d2为匝道当量直径，单位m；θ为匝道与主隧道...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱祝龙，贺维国，陈洋，金若翃，田峰，陈宜汉，张宇，陈世强，廖荣，袁君正，
申请(专利权)人：中铁隧道勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：