地上列车活塞风对站台环境的影响——以松江大学城站地上站台为例

以上海9号线松江大学城站地上站台为研究对象,利用重叠网格技术模拟列车运动,研究半高安全门下列车活塞风对站台的影响,对单辆列车进站、停站、出站过程中的速度场、压力场进行数值模拟,分析了3种工况下列车活塞风对站台内气流分布和空气质量的影响。结果表明,活塞效应会增加站台的颗粒物浓度,应避免乘客因站台内颗粒物浓度过高而影响健康。

列车运动对地铁站台空气温度分布动态影响的数值分析

对典型既有岛式站台在自然通风条件和上送下回空调方式下单列车进站、停车及出站过程中温度场的分布进行了三维动态数值模拟,通过对模拟结果的对比研究,分析了这种特定空调方式与列车运动所造成的活塞风对站台乘客候车环境舒适性的综合作用.研究表明在自然通风状态下,列车通过站台的过程会引起候车区域空气温度明显上升.而采用上送下回空调系统能够有效抑制活塞风在这一区域造成的温升,并改善候车区域在垂直方向的温度分布.

列车运动对地铁站台环境影响的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法,对地铁岛式站台在不开启机械通风系统的情况下,单列车进站、停车及出站过程中流场和温度场分布进行了三维数值模拟。模拟结果量化了在列车通过的过程中,站台靠近轨道一侧所形成的较大风速和温升,以及这种影响在站台中部区域的衰减,现场实验说明了模拟结果具有可靠性。根据模拟结果,分析了列车运动过程所造成的活塞风以及列车散热对站台乘客候车环境的影响。采用的三维非稳态模拟方法,使得模拟更加接近于真实的物理过程,模拟结果对于地铁环控系统的设计具有指导意义。

地铁站台活塞风附壁射流起始段的实测和实验验证

为了从机理上探究站台活塞风分布规律,通过理论建模、现场实测和液体缩尺模型实验相结合的方法,提出并验证了站台活塞风起始段符合附壁射流理论模型。其中,对上海某地铁站台层的现场实测较好验证了站台活塞风起始段自由剪切区的理论模型,理论与实测数据的标准差在0.326和0.542之间;液体缩尺模型实验对站台活塞风起始段边界层区、势流核心区和自由剪切区理论模型进行了验证,三区吻合较好,标准差在0.071和0.746之间。上述研究证明了站台活塞风附壁射流理论起始段的正确性。

地铁活塞风作用下屏蔽门的气动特性分析

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流方程,采用有限体积法模拟列车在区间隧道内运行过程,研究了屏蔽门的压力变化机理和压力时空变化特性,并分析了列车运行速度、阻塞比、活塞风井面积、风阀状态和区间隧道通风方案等诸多因素与屏蔽门压力之间的影响关系.结果表明:屏蔽门压力变化主要是由列车的有压科特湍流和区间隧道内压力波两方面因素决定,其中有压科特湍流是主要影响因素;屏蔽门压力与阻塞比和列车速度的平方呈正比;增加活塞风井面积、打开活塞风阀有利于降低屏蔽门压力.结构校核时需要考虑区间隧道排风模式对屏蔽门压力的影响.

站台活塞风附壁射流理论建模与求解

给出站台活塞风基本定义,提出站台活塞风附壁射流理论。通过数学建模,得到站台活塞风起始段和主体段的理论数学模型,其中起始段模型解析式分为边界层区、势流核心区和自由剪切区,主体段模型分为边界层区和自由剪切区。通过解析式求解方法和数值模拟分析,获得站台起始段和主体段典型点速度动态变化规律和代表时刻垂直壁面典型截面速度分布,两种方法结果吻合较好。理论计算结果得到了现场实测的验证。

地铁新环控系统可行性分析及性能优化

为降低地铁环控系统能耗,根据目前传统屏蔽门系统和安全门系统的优劣性,提出了可控风口的新环控系统.以某新建地铁为例对新系统的舒适性、通风及节能效果进行了分析论证.利用计算流体力学方法对列车进站和出站过程进行了非稳态模拟,分析了列车进站、出站过程产生的活塞风对站台站厅舒适性、通风效果的影响,并根据系统负荷及运行条件进行了节能效果分析.结果表明,新环控系统可兼顾屏蔽门和安全门系统的优点,当按照优化后的开口和控制方案运行地铁新环控系统时,站台内乘客活动区域气流速度小于5,m/s,满足舒适性要求,同时可在屏蔽门系统的基础上降低能耗17.3%,节能效果显著.

北方地铁屏蔽门系统能耗分析及节能改造

分析北方地铁屏蔽门系统节能效果,确定可有效利用活塞风的节能改造方案。采用EnergyPlus能耗模拟软件综合评价北方城市不同地铁环控方案,并利用Airpak模拟站台温度场和速度场预测改造后的效果。比较发现屏蔽门系统与安全门系统相比仅节能2%,在北方城市节能效果不明显。分析发现屏蔽门系统通风尤其是站台下排风能耗过高,过渡季节和冬季的活塞风是解决这一问题的关键。屏蔽门增加可调节的风口,可在过渡季节和冬季有效利用活塞风,引入站台可补充新风量,节省机械通风耗能,夏季关闭风口仍保留其节能优势,全年能耗可再减少30%,节能效果明显。

采用全高非封闭式屏蔽门地铁车站站台速度场的测试和分析

在沈阳地铁二号线世纪广场站的站台层设置多个测点,利用多通道热球式风速仪进行站台层风速的测试,分析站台两端、扶梯口及站台中部各断面速度场的变化规律。测试结果表明,对于北方严寒地区采用全高非封闭式屏蔽门地铁车站,受列车活塞风影响,列车进出站时站台各测点最大风速瞬时可达到3.7m/s,站台平均风速不超过2.5m/s,活塞风持续时间200s,地铁站台的风速可以满足规范的要求,活塞风可以对站台起到辅助通风的作用。

地铁站台活塞风与空调送风射流非等温耦合温度场理论建模与特性分析

本文针对非屏蔽门系统地铁站台典型气流组织,建立了站台活塞风与空调射流非等温合温度场理论数学模型,推导出非等温耦合射流质量平均温度和轴心温度的动态变化特性：两者随着列车进站动态过程在相同水平位移处均呈现温度值先逐渐降低（10～30 s）、保持最低值（40～70 s）和后面逐渐升高（80～105 s）的变化特点,且两股射流非等温耦合的轴心温度略低于质量平均温度。通过液体缩尺模型实验对这两股射流非等温耦合温度场理论模型进行了验证,实验结果与耦合射流轴心温度理论计算值的最大误差均在5%以内。

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。

地铁活塞风对车站环控速度场的影响

通过地铁实测数据分析,研究列车进站、列车出站和交会车况下活塞风对地铁车站各单元,即站台层、站厅层、楼梯和出入口速度场的影响,分析得到站台层和站厅层两端速度场受活塞风影响较大;比较站台层、站厅层、楼梯和出入口各单元速度增加倍数大小,得到在活塞风作用下,受楼梯走向和楼梯位置影响,站台层、站厅层和楼梯速度场相互影响,并且楼梯速度场和出入口速度场变化较明显。

活塞风对地铁车站站台滑动门风压的影响

基于有限体积法建立了地铁车站三维静态数值计算模型,对列车阻塞隧道时站台滑动门所受的活塞风压进行了计算研究;分别对单、双两种活塞通风条件下,不同活塞风速、阻塞比、滑动门位置对滑动门所受风压的变化规律进行了分析。结果表明,双活塞通风能够有效减弱活塞风对滑动门的风压;单活塞通风条件下,滑动门在最不利位置时,需克服的最大风压约为230 Pa。

基于活塞风效应的严寒地区冬季典型地铁车站运行方案

将乌鲁木齐作为严寒地区的典型代表城市,以2种常见的站台门型式(安全门和屏蔽门)为基础,基于当地典型年和典型日的气象参数,研究了不同运行阶段及运行模式下的冬季地铁车站热环境。结果表明:地铁运行初期,地铁车站温度低于规范要求的12℃,综合对比各工况下车站温度和区间温度,屏蔽门+迂回风道闭式运行为最优运行方案,但仍需采取措施提高车站温度;地铁运行近、远期,虽然车站温度和区间温度较初期时有所提高,但在室外温度很低时,各工况下地铁车站温度计算值仍均低于规范要求的12℃,屏蔽门+迂回风道闭式运行仍为最优运行方案。

地铁列车活塞风对站台空气环境影响的数值模拟

通过对典型岛式站台在不开启机械通风系统闭式运行的情况下,单列车进、出站过程中流场分布的三维数值模拟,分析了流速对候车乘客舒适性的影响,计算了活塞风所造成的站台通风量,分析了其对改善空气质量所起的作用.结合模拟及分析的结果,提出了未来地铁站台环控系统设计应当考虑的问题.

非屏蔽门地铁车站站台空调系统冷量有效利用率的数值分析

针对非屏蔽门闭式地铁站台,来自区间隧道的活塞风将影响站台空调送风射流,从而影响站台冷量的分布。在此两股气流相互的耦合基础上,提出了站台空调冷量有效利用率的概念。采用计算流体力学(CFD)方法,建立闭式地铁站台三维几何模型,模拟得到了列车在区间匀速运行、减速进站、停站和加速离站4个阶段的地铁站台1.5 m高度水平面的速度场和温度场,并以此计算分析了相应车况下,站台空调冷量有效利用率。由变因素分析,得到冷量利用率受空调送风温度和送风口数量影响最显著。

基于两车模型的地铁隧道活塞风对屏蔽门影响研究

为研究隧道活塞风对地铁屏蔽门的影响,通过分析活塞风形成机理,构建两车、两车站、三区间隧道的地铁隧道模型,利用滑移网格技术仿真模拟列车在隧道运行时引起的活塞风速度与压力,并提取所研究车站屏蔽门区域所受活塞风的压力值。通过对屏蔽门进行静力学分析,利用屏蔽门所受最大阻力来衡量屏蔽门开关能力。将仿真结果与南宁地铁1号线的实际故障进行对比分析,研究不同工况下活塞风对屏蔽门的影响。研究结果表明:所建仿真模型有效、合理,屏蔽门所受最大风压受列车运行速度、屏蔽门位置及风井布置模式的综合影响。研究成果可为屏蔽门故障诊断和智能运维提供理论参考。

基于液体缩尺模型的地铁活塞风与站台送风耦合

为了获得地铁活塞风与站台送风射流的相互耦合规律,在满足相似准则的情况下,搭建地铁站台液体缩尺模型试验台。用不同颜色的水分别模拟进入站台后的隧道活塞风和站台送风射流,从而获得两股流体耦合轨迹;并通过LGY—Ⅲ型多功能智能流速仪测量耦合气流各测量断面处的流速分布规律。运用控制变量法,分别分析在变活塞风速度或站台送风射流速度工况下,耦合流体的流线、速度的基本变化特性。研究结果表明:在地铁实际运行过程中,可以适当地减小活塞风量并增大站台送风量,以达到舒适节能的目的。

地铁可调通风型站台门过渡季节自然通风性能测试

可调通风型站台门是一种区别于传统结构的新型的屏蔽门,门上装有可开启和调节角度的风阀,空调季运行时关闭风阀,车站和隧道空气不相通,过渡季节时开启风阀利用活塞风对车站进行自然通风。目前针对该新型屏蔽门实际的通风性能数据缺乏,因此对设置可调通风型站台门的地铁车站在过渡季节的通风性能进行了测试,测试参数包括对通过可调通风型站台门的风量、地铁车站出入口风量以及车站的CO2浓度和温度。测试分析表明,依靠列车活塞效应引起的通风量能够满足过渡季节车站风量的设计要求,因此过渡季节可以关闭车站风机,减少风机能耗。

地铁屏蔽门风口开启角度对站台流场的影响

基于现场测试数据,对新型可调通风型屏蔽门系统进行了模拟研究,分析了屏蔽门上方风口三种开启角度30°、60°、90°时活塞风对车站内流场变化的影响,计算了出入口风量,并与地铁设计规范进行了对比。结果表明,60°至90°风口开启角度能够满足地铁设计规范要求,风口角度开启越大,站台层受到活塞风影响越大,开启角度为60°时,活塞风作用于站台区域范围最大。建议可调通风型屏蔽门风口的开启角度在60°至90°范围为宜。