中国空调制冷暖通空调在线设计-暖通空调网!

在线空调制冷暖通空调在线设计-暖通空调网

当前位置: 主页 > 空调设计 >

竖井型公路隧道自然通风过程的实验研究

时间:2010-12-21 19:52来源:未知 作者:admin 点击:
童艳①, 茅靳丰②,钟星灿③,龚延风① (①南京工业大学暖通工程研究所,江苏 南京 210009 ②中国人民解放军理工大学工程兵工程学院 ③中铁二院工程集团有限公司) 摘要:采用量纲

童艳①, 茅靳丰②,钟星灿③,龚延风①
(①南京工业大学暖通工程研究所,江苏 南京 210009 ②中国人民解放军理工大学工程兵工程学院 ③中铁二院工程集团有限公司)
摘要:采用量纲分析法得到竖井型公路隧道自然通风相似性准则为ui/Vt=f(几何相似数,Revt,Vn/Vt)。采用近似模拟的方法,在1/10缩尺模型隧道内进行了车辆单向运动实验,通过将所测数据与理论计算结果相比较,验证了准则的正确性。为有效进行竖井型公路隧道的设计与评估提供了理论基础。
关键词:隧道;自然通风;相似理论;模型实验;理论计算

Study on natural ventilation by model experiment and theoretical calculation for road tunnels with shafts
Tong Yan①, Mao Jinfeng②, Zhong XinCan③, Gong Yanfeng①
(①Research institute of HVAC, Nanjing university of technology,Nanjing 210009, Jiangsu ②Engineering College of Engineer Corps, The Peoples' Liberation Army University of Science & Technology ③China Railway ERYU Engineering Group CO.LTD )
Abstract: Similarity criterions were ui/Vt=f(geometrical similar numbers, Revt,Vn/Vt) for natural ventilation in road tunnels with shafts by dimensional analysis. With a method of approximate modeling, experiments with unidirectional-moving vehicles were carried out in a 1/10 scale model tunnel. Similarity criterions were verified to be correct by comparison data tested with results of theoretical calculation. Theoretical basis were provided for design and assessment of road tunnels with shafts.
Keywords: Tunnel;Natural ventilation;Similarity theory;Model experiment; Theoretical calculation


0 引言
市政公路隧道以浅埋短长度为特征,考虑将其设为多竖井型(顶部开口与外界相通),而仅利用车辆运动产生的交通风力在隧道出入口与竖井开口处形成自然风压,达到通风换气稀释内部污染空气的目的,如运营中的南京龙蟠中路隧道。
与无竖井自然通风公路隧道相比较,多竖井的存在使得隧道更多地受到外界大气压力与风速的影响,形成自然风压的多样性,造成各竖井风速、各竖井间隧道主体风速均有所不同。由于该模式已逐渐在国内出现,但如何合理设计与评价,相关的规范[1]与研究成果不足以借鉴。进行隧道的现场实测往往难度很大,因此开展模型实验与理论计算的研究就成为必然。
1 模型实验的相似理论
1.1 导出相似准则
相似准则的导出主要有定律分析、方程分析、量纲分析三种方法[2]。基于目前人们尚未掌握影响竖井型公路隧道自然通风现象的物理定律,同时缺乏对车况影响风流的机理的充分认识,故本文将采用量纲分析法导出竖井型公路隧道自然通风现象的相似准则以及确定原型与模型之间流动参数的换算关系。选用量纲分析法中具有普遍意义的π定理方法[2]。实验研究建立在汽车行驶状况恒定,隧道气流一维不可压缩的基础上,主要研究车辆形状、速度及车间距对隧道主体及各竖井内气流运动状况的影响。记任意相邻两竖井间隧道主体为一段,则主体各段与各竖井的气流运动状况存在“耦合”现象[3]。根据质量守恒原理,各竖井流速由其左右两侧的隧道主体流速决定,故实验中主要测试隧道主体各段气流速度ui。
该物理现象受如下13个变量的综合影响:车辆速度Vt、汽车等效阻抗面积Am、车间距f、车长p、各竖井当量直径dj与高度lj、隧道主体各段长度Li与气流速度ui、隧道主体当量直径D、空气运动粘滞系数υ与密度ρ、隧道壁面粗糙度K、自然风作用引起的洞内风速Vn [1]。其中j=1,2,……,n,i=1,2,……,n+1,n为竖井个数;Vn并非洞外大气自然风速,且它随时间和自然风向的变化而经常变动[1]。函数关系式为:
f(Vt,Am,f,p, dj,lj,Li,ui,D,υ,ρ,K,Vn)=0。 (1)
这12个量中包含了几何学、运动学与动力学三类量纲,选几何学量D、运动学量Vt、动力学量ρ作为独立变量,则π项有13-3=10个。根据量纲和谐原理,导出:π1i= ui /Vt,π2= Am/D2,π3=f/D,π4=p/D,π5i=Li/D,π6j=dj/D,π7j=lj/D,π8=υ/(VtD),π9=K/D,π10=Vn/Vt 。即:
f(π1i,π2,π3,π4,π5i,π6j,π7j,π8,π9,π10)=0 (2)
其中π2,π3,π4,π5i,π6j,π7j,π9均为几何相似数,π8为以车辆速度Vt为特征速度的雷诺数Revt的倒数。以π1i作为待定准则数组,π2,π3,π4,π5i,π6j,π7j,π9,π8,π10作为定型准则数群,则:
ui/Vt= f(几何相似数,Revt,Vn/Vt) (3)
在保证原型与模型几何相似的前提下,只要做到两型Revt与Vn/Vt分别相等,则模型与原型ui/Vt值相等。借助ui/Vt可方便地将模型的流动参数换算至原型参数。 (责任编辑:冲锋)

顶一下
(1)
100%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------