行车工况下竖井型城市公路隧道交通风动态演化规律

本文针对竖井型城市公路隧道,对隧道内外环境风速进行实测,考虑不同环境风速、竖井高度与数量,设计24个工况,采用动网格技术与动量源项法,开展行车工况下隧道通风流场数值模拟,模拟获得车辆逼近到达远离竖井时隧道流场分布。结果表明:此类隧道内外均存在较为稳定的1 m/s左右纵向环境风;车辆顶部及后方出现明显回流现象,最大回流风速约2 m/s,出现在5~5.5 m高度;竖井截面风速不均匀系数以及转换系数随车辆运动先增大后减小;竖井通风效率与竖井数量、反向风速呈正相关,最大值达到100%,但随竖井高度、正向风速的增大而降低,街谷风影响较小。

主进风竖井内罐笼提升活塞效应对平巷风流的影响

针对主进风竖井内罐笼提升产生的活塞风效应及其对运输平巷内风流的影响。基于SST k-ω湍流模型,采用动网格对罐笼在竖井内运行进行空气流体仿真并通过现场实测对模拟数据进行验证的方法,研究竖井活塞风影响下运输巷道内风流流场的结构变化以及巷道内风流流动的紊动特性。研究结果表明:罐笼在竖井内运行产生的活塞风会造成平巷内风流的瞬态变化,导致巷道内风流流场分布紊乱,对局部风流扰动较大;活塞风影响下巷道内风速概率密度曲线走势呈正态分布;沿纵向分布的风流紊动强度值在活塞风影响下变化趋势存在自相似性,整体呈指数分布;沿横向分布的风流紊动强度在活塞风影响下沿巷道中心线呈对称分布;在巷道内局部位置分别取得沿纵向分布的风流紊动能最大值E_(max)=0.249 m^(2)/s^(2)以及沿横向分布的风流紊动能最大值E_(max)=0.503 m^(2)/s^(2),紊动能值较大,易造成巷道内局部高、低速风流、涡流以及对周围风流产生卷吸作用。矿井通风系统遭到矿内不稳定因素影响,则可能导致井下局部用风地点或整个风流系统紊乱,主进风竖井内罐笼频繁提升引起的一系列附加效应会对运输平巷通风效果产生较大影响,研究罐笼提升活塞效应对巷道内风流的影响为补充矿山局部通风理论提供参考。

双竖井铁路隧道活塞风非定常流动理论计算研究

针对既有竖井影响下活塞风理论计算研究的不足,基于连续性方程和伯努利方程建立双竖井铁路隧道活塞风非定常流动理论计算模型;将列车在双竖井铁路隧道中行驶的全过程分为4个阶段,分别推导各阶段隧道内活塞风非定常流动的理论计算式;通过模型试验和数值模拟2种方法,验证理论计算式的可靠性并进行修正。结果表明:随着列车与竖井相对位置的变化,隧道内与竖井内的风流关系呈动态变化,若按固定值计算会引起较大误差,而采用数值模拟方法可实现风流动态关系式的反推,达到修正理论计算式的目的;修正后的理论计算式精度较高,总体误差低于10%,适用列车速度范围为0~360 km·h^(-1);该理论计算式不仅可计算结构类似的铁路或地铁隧道活塞风速,还可推广应用于单竖井或多竖井(3个及以上)隧道。

粤东城际铁路隧道热环境特性及控制研究

为确保采用单洞双线且包含多个连续地下车站的粤东城际铁路隧道热环境满足设计规范要求,通过一维数值模拟方法,从行车对数、活塞风井面积、轨排风量及排热系统开启方案4个方面出发,对汕头至潮汕机场段中山路隧道热环境特性及控制方案进行研究。结果表明:不开启轨排系统下,初期、近期夏季晚高峰隧道内空气温度均不超40℃,但远期汕头一中、时代广场站及区间2温度不满足热环境控制要求,且远期中间车站区域温度明显高于两端车站;通过增大活塞风井面积降低隧道空气温度的作用有限,即使单个活塞风井面积增加至75 m^(2),区间2及汕头一中站温度仍超过40℃;车站轨排系统开启后,远期夏季晚高峰全线隧道空气平均温度降幅较明显,当单个车站轨排风量为50 m^(3)/s且活塞风井面积不小于30 m^(2)时,隧道内各区域温度及新风量均满足要求;优化后的轨排系统开启方案可行,建议远期夏季晚高峰仅开启汕头一中站及时代广场站的排热系统,以减少通风设备运行能耗。

基于活塞效应的隧道埋深对地铁车站通风换气性能的影响

针对单风井设置模式,以北京地铁某车站及其衔接区间为例,采用计算流体力学软件FLUENT15.0的动网格模拟计算方法,研究基于活塞效应的隧道埋深对地铁车站通风换气性能的影响。结果表明:当隧道埋深由15m增加到35m时,风井的排风量减少了28.3%,风井和地面出入通道的总进风量减少了26.6%;当隧道埋深不变、风井的横截面积由16m2增加到25m2时,风井的排风量由7 849m3增加到9 814m3,风井和地面出入通道的总进风量由4 527m3增加到4 921m3;随着隧道埋深的增加,适当增加风井的横截面积,可有效克服隧道埋深增加而使活塞风对地铁车站通风换气性能作用减弱的问题,以确保地铁车站空气的质量。

高速铁路隧道内列车活塞风和空气阻力的解析计算

本文对高速铁路隧道内列车活塞风的计算方法进行了探讨,建立了反映竖井和会车影响的列车活塞风计算公式,在经典的原朝茂公式的基础上,对有竖井和会车工况下的高速列车的空气阻力进行了解析计算,计算结果可为工程设计提供参考。

活塞风对地铁车站影响特性及多因素分析

研究目的:为分析多因素下活塞风对地铁车站影响特性,本文以出入口及站台门的进风量为主要分析对象,通过数值模拟和理论分析来研究站台门风口开启面积、活塞风阀开启面积、行车周期及有无迂回风道下活塞风对车站的影响。研究结论:(1)出入口进风量随行车周期的增大先增大后变小,而站台门进风量随着行车周期的增大而减少;(2)单纯地改变站台门风口开启面积对增强活塞风对车站的影响是有限的;(3)屏蔽门单活塞系统模式,建议增设迂回风道,可根据需求调节迂回风道的开关,进而控制和利用活塞风效应对地铁车站的通风量;(4)活塞风阀开启面积越小,出入口进风量越大,活塞风对车站的影响也越大,配合控制站台门风口开启面积与活塞风阀开启面积,能很好地控制活塞风对车站的影响;(5)从方差分析结果可以得出,活塞风阀开启面积对出入口进风量影响最为显著,而站台门风口开启面积对站台门进风量影响显著程度最高;(6)本研究结果能很好地指导环控系统方案设计,为活塞风的控制和利用提供理论基础。

公路隧道纵向送排式通风竖井数量及其间距研究

近年来,随着纵向通风技术的成熟,越来越多的长大隧道采用竖井送排式纵向通风方式,这种通风方式首先要确定竖井的数量及其间距。文章根据隧道内通风时对于断面风速的限制要求,提出了相同坡度下长大隧道竖井数量的计算方法,分析了隧道路面坡度对于竖井间距的影响,得到了不同坡度下隧道长度的折算方法及竖井间距计算方法,并给出了实例分析,其研究结果可以应用在长大隧道的相关设计研究中。

隧道活塞风速计算方法及其影响因素分析

针对隧道内活塞风会对安全门和广告灯箱等引起破坏的问题,开展了地铁单线无风井和有风井两种形式的隧道空气动力学特性分析,建立了隧道各断面之间的一维伯努利方程和流体连续性方程,研究了不同形式隧道下活塞风速的理论计算模型.并使用SES软件建立其仿真模型对计算模型的结果进行验证,重点研究了对活塞风速影响的主要因素.结果表明:隧道内活塞风速与列车速度、列车长度和列车外表面光洁度等成正比例关系,而活塞风井高度、断面面积和风井位置等参数对活塞风速影响不大.所提出的计算模型可用于实际工程中活塞风速的简便计算.

单向连续车流下公路隧道紊流分区结构与流场特性

将隧道内流场划分为3个区域,从上到下分别为壁面影响区、车辆影响区及紊流推进区。根据卡门流速分布亏损律,建立了单向连续车流下二维公路隧道紊流方程,引入普朗特掺混长度理论和范德里斯公式,得到了3个区域的二维流速分布公式。以1∶10的缩尺比例搭建了隧道通风实验平台,测试了在4种模型车速下隧道中截面的风速,对比验证了二维流速分布公式的准确性。最后基于二维流速分布公式和实验数据,分析了公路隧道中3个分区的风场特性,并给出了隧道平均活塞风速计算公式珔u≈0.486v0-0.116 7(v0为车辆行驶速率)。

帘幕在地铁隧道应用的节能分析

利用列车的活塞效应,将隧道内的空气通过活塞竖井与外界交换(当室外温度低于隧道温度),是一项有效利用自然能源的节能措施。分析当前地铁隧道中活塞竖井通风不足的原因,提出在地铁隧道区间设置帘幕提高活塞效应的构想。为了验证帘幕对风井通风量的影响效果,利用CFD技术模拟典型工况条件下帘幕安装前后活塞风速度及流量差异,并将没有设置帘幕的模拟结果与实测数据做了对比。对设置帘幕后典型隧道模拟结果表明,列车以12.5 m/s匀速运行时,活塞竖井进风量和排出风量是帘幕设置前的2.49与7.74倍。在模拟工况条件下,仅靠活塞作用基本可以满足规范对隧道区间的温度要求,而无需再利用机械通风或空调等手段冷却隧道。

基于列车活塞效应的多竖井铁路隧道自然通风网络解算分析

为研究多竖井铁路隧道内考虑列车活塞风作用时风流的流动情况,首先以风流在通风网络中流动的三大基本定律为基础,建立了考虑活塞风压力的通风网络数学模型;然后以单竖井铁路隧道的通风网络为例,采用斯考德-亨斯雷迭代算法,对活塞风作用下的通风网络风量修正公式进行了推导,编制了网络解算程序;最后以大瑞铁路高黎贡山隧道为依托,进行了铁路隧道列车行驶在不同位置的通风网络解算,得到了各段隧道及竖井内的风流流动情况。研究结果表明:在多竖井铁路隧道中,受活塞风的作用,隧道中各分段风流的速度大小随着列车行驶而动态变化,竖井中风流速度大小和方向均会随着列车行驶而动态变化;在列车行驶段,网络解算的风流速度与理论公式计算一致,验证了建立的多竖井网络解算模型及计算程序的可靠性;提出的考虑活塞风作用的多竖井铁路隧道通风网络解算方法克服了理论计算式中仅能计算列车运行段活塞风速的缺点,能实现超长大隧道中含多竖井、多横洞、多救援横通道、多泄压通道以及多列列车行驶时,隧道内及辅助通道内风流流动的宏观流动模拟,指导运营通风及排烟通风设计。

隧道坡度对地铁列车火灾烟气蔓延特性影响研究

为了探究隧道坡度对地铁列车发生火灾时烟气蔓延特性的影响,采用计算流体力学软件Fluent,对精细化地铁列车模型在坡度隧道内携火源运动情况下的流场速度、烟气逆流规律进行了数值模拟,并通过火灾动模型试验验证了数值模拟方法的准确性。结果表明:列车运行过程中发生火灾时,活塞风主导了烟气的运动,随着活塞风不断衰减,烟气最终会发生逆流;坡度对隧道内烟气蔓延规律的影响主要体现在列车减速停车后,当列车静止一段时间,即t≥100 s时,隧道拱顶下方烟气流速峰值随坡度增大而增大,但烟气浓度峰值随坡度增大而减小,并且隧道坡度越大,烟气的逆流时刻越晚,逆流速度越小,上游的浓度也越低。

高速铁路双竖井隧道列车空气阻力计算

在高速列车空气阻力计算中,多竖井隧道的列车空气阻力计算比较复杂,其难点在于多竖井的活塞风计算。本文试图通过建立双竖井隧道的活塞风计算公式,以解决双竖井隧道空气阻力计算的困难。

三维PDPA系统在Φ3.2m风洞中的实验研究

非接触测量的PDPA系统在Φ3.2m风洞中进行双三角翼速度场试验中 ,采用随测量点位置的移动而进行粒子投放。三维的光路布置则是采用安装在风洞外移测架的横梁上。实验结果表明 ,粒子投放的方法和光路布置及测量是合理的。同时指出 :粒子的投放应该在x/d >45处 。

磁悬浮列车在隧道内影响活塞风速的因素

从空气动力学的基本方程出发 ,推导了按非恒定流计算活塞风速的理论公式 .通过理论计算和结果分析 ,对磁悬浮列车在进入隧道后 ,影响活塞风速度的因素进行了较系统的研究 .

单线双竖井的铁路隧道内列车活塞风的计算方法

针对单线双竖井机械通风的铁路隧道,以流体力学的恒定流理论为计算依据,推导出在隧道内列车活塞风计算方法.

基于动态网格技术和离散相模型的地铁隧道活塞风特性及通风竖井井口污染物扩散研究

利用动态网格技术和DPM(离散相模型)技术,并使用控制变量法分析了地铁列车行车速度、阻塞比、通风竖井数量等因素对隧道内活塞风速度场分布规律的影响,以及不同竖井数量下井口释放污染物的扩散规律。结果表明:隧道内活塞风速度场的分布情况及通风房间内污染物的衰减规律与试验数据基本一致;竖井风量和行车速度、阻塞比成正比,而与竖井数量无明显关系;活塞风速与行车速度、阻塞比成正比,而与竖井数量亦无明显关系;当井口释放污染物时竖井的数量越多,隧道内的污染越严重。

活塞风作用下双竖井隧道内微波折射率结构常数的估算模型

基于Monin-Obukhov相似性原理和Bulk方法,采用Frederickson公式,结合双竖井隧道活塞风的运动特性,建立了不稳定空气环境下双竖井隧道内的大气折射率结构常数估算模型。结合实际项目,对双竖井隧道环境下的微波段的湍流强度进行了仿真计算分析。仿真结果表明:双竖井有良好的通风效果,适当的双竖井间距可有效降低隧道内的活塞作用系数,进而有效降低隧道内湍流强度;竖井间距与活塞风速等因素对于折射率结构常数的作用效果相互关联;与单竖井相比较,双竖井隧道阻塞比对折射率结构常数的影响程度较小。因此,合理设计通风双竖井,有利于隧道内无线电波的传输。

郑州地铁17号线长大区间隧道中间风井通风方案研究

郑州地铁17号线长大区间隧道(机场站—新港八路站)设置2座中间风井,长度约为6.7 km。为研究该长大区间中间风井最佳通风方案,采用SES软件建立全线数值计算模型,分析对比不同中间风井活塞通风模式下,该区间隧道的新风量、温度、初投资和牵引能耗费用等,得到中间风井最佳通风方案。结果表明:1)双活塞通风模式下该区间隧道新风换气次数最大且大于3次/h,远期高峰小时隧道内平均温度最低;2)双活塞通风模式初投资最高,牵引能耗费用最低,相较于其他通风方案,建成通车后26年节省的总牵引能耗费用可抵消额外投资;3)从隧道环境和工程经济性综合分析,推荐采用双活塞通风模式。研究结果可为地铁隧道通风系统设计提供参考。