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首页 【word】 Scott-Hinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用

【word】 Scott-Hinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用.doc

【word】 Scott-Hinsley回路法在公路隧道平导半…

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2017-11-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《【word】 Scott-Hinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用doc》,可适用于综合领域

【word】ScottHinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用ScottHinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用第卷第期年月北京交通大学JURNALFBEIJINGJIATONGUNIVERSITYVoNoAUg文章编号:()ScottHinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用张素磊,张顶立,董晓明,王红刚(北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京长安大学公路学院,陕西西安西安科技大学能源学院,陕西西安)摘要:将ScottHinslev回路法应用到平导半横向通风方式的解算中,以图论为基础,以风流运动的基本定律为依据,利用GaussSeidel迭代逐次求解回路修正风量,直到获得接近方程组真实解的渐进风量针对公路隧道通风系统的特点在回路中考虑了交通风压的作用,并编制了相应的可视化解算程序工程计算结果表明,ScottHinslev回路法能很好地解决平导半横向式通风计算问题,并可迅速,准确地实现横通道的风量和风阻的反复动态调节计算关键词:公路隧道平导半横向式通风ScottHinslev回路法交通风压解算程序中图分类号:UU文献标志码:AApplicationofScottHinsleyLoopAlgorithminCalculationofHighwayTunnelParallelHeadingandSemiTransverseVentilationModelZHANGSulei,ZHANGDingli,DONGXiaoming,WANGHonggang(TunnelandUndergroundEngineeringResearchCenterofMinistryofEdueation,BeijingJiaotongUniversity,Beijing,ChinaHighwaySchool,Chang’anUniversity,Xi’anShanxi,ChinaSchoolofEnergyEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’anShanxi,China)Abstract:ScottHinsleyloopalgorithmisusedinthecalculationoftheparallelheadingandsemitransverseventilationmodeinthispaperThismethodusestheGaussSeideliterativemethodtosolvethesuccessiveadjustmentairvolumeinordertogetagroupofairvolumevaluesclosetotherealvaluesoftheequationsTheinfluenceoftrafficwindpressureontheventilationnetworkisconsideredbasedontheowncharacteristicsofhighwaytunneAndthevisualcalculationprogramisdevelopedThecalculationresultsshowthatScottHinsleyloopalgorithmcaneasilysolvetheventilationsystemcalculationproblemoftheparallelheadingandsemitransverseventilationmode,andcanalsoadjustairvolumeandwindresistanceofthecrosspassagefortherepeatedanddynamiccalculationquicklyandaccuratelyKeywords:highwaytunnelparallelheadingandsemitransverseventilationmodeScottHinsleyloopalgorithmtrafficwindpressurecalculationprogram近年来,随着我国公路交通建设事业迅速发展,尤其西部大开发战略的实施,长大公路隧道不断涌现限于各地不同的经济发展状况,修建了一些低等级的特长公路隧道,如二郎山公路隧道,鹧鸪山公路隧道等由于该类公路隧道无合适的竖(斜)井位置或竖(斜)井,且便道工程量太大,使通风及防灾救援收稿日期:作者简介:张素磊(一),男,山东潍坊人,博士生email:bjtueducn张顶立(一),男,江苏徐州人,教授,博士,博士生导师北京交通大学第卷问题成为制约该类隧道工程建设的瓶颈对于此类隧道,通常是通过修建平行导坑并设置横通道来解决其通风和防灾救援问题,称为平导半横向通风方式陈建勋,曾艳华等人曾详细推导了该通风方式相关的计算公式,但计算过程较为复杂,难以实现横通道风量调节及风阻反复调节计算本文作者将ScottHinsley回路法用于平导半横向式通风解算,并利用C#语言编制了相应的可视化解算程序,简化了平导半横向式通风系统的计算过程平导半横向式通风平导半横向式通风系统平导半横向式通风是利用平导作为主要通风风道,新鲜空气由平导经横通道进入车道,而污染空气沿车道纵向从两端洞口排出的一种适用于单洞双向交通特长公路隧道的通风方式,如图所示Iffflff薹ff口图平导半横向式通风系统平面图FigPlanviewofparallelheadingandsemitransverseventilationsystem该通风系统将主风机设在平导口,并在正洞的式中:Q为与i节点相关联的支路的风量n为与洞口段及中间段安装射流风机进行调压,以确保中一节点相关联的分支数性点(主隧道中风速等于零处)在设计的位置上,并)回路风压平衡定律保证横通道内风量达到设计风量该通风系统能够风网的任何闭合回路内,各分支风压代数和为很好地解决隧道内的通风问题,并具有良好的防灾零分支风压包含通风阻力和通风动力两部分救援功能平导半横向式通风特点实际上横通道间的主隧道及平导中的风流仍为纵向流动,因此平导半横向式通风实质上仍为纵向式通风,具有以下特点:)各段主隧道及平导间的风量和风速沿主隧道方向呈梯度变化)为使洞口回路不出现循环风,保证中性点火灾排烟需要,洞口两端设有调压风机)为保证主隧道内按需供风,横通道风阻需可调,使主隧道及横通道风压平衡ScottHinsley回路法原理ScottHinslev回路法是O世纪年代由英国学者ScottDR和HinslevFB建立的用于通风网路的计算方法,它以图论为基础,以风流运动的基本定律为依据,利用GaussSeidel迭代法逐次求解回路修正风量,直到获得一组接近方程组真实解的渐进风量【JScottHinsley回路法基本定律)风量守恒定律假定空气密度不变,无漏风,则风网内任意节点(或回路)相关分支的风量代数和为零,即Q:()i=PH()=,=式中:P属于回路的第个支路的阻力日f为属于i回路的第个分支的通风动力)阻力定律矿井中的风流属于完全紊流状态,其阻力方程遵守平方关系,即=RQ()式中:为风网中第i条风路的风压或阻力R为风网中第条风路的风阻Qf为风网中第条风路的风量SeottHinsley回路法求解方法对具有个节点,n个分支的通风网路,可选定m=i个余树枝和独立回路以余树枝风量为变量,树枝风量可用余树枝风量来表示根据风压平衡定律,每一个独立回路对应一个方程,这样建立一个由n个变量和m个方程组成的方程组,求解该方程组的根即可求出m个余树枝的风量,然后求出树枝的风量利用拟定的各分支初始风量,根据GaussSeidel迭代法,将方程组按泰勒级数展开,舍去二阶及二阶以上的高阶量,简化后得出回路第k次迭代之后各回路的风量校正值为Q=ji,,,…,m()第期张素磊等:ScottHinseY回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用=j=lRjQ()式中:Ff(Q)为回路中的通风动力为第k次迭代后沿第i回路的阻力或风压的代数和按式()分别求出各回路的风量修正值AQ,由此对各回路中的分支风量进行反复修正,达到预定的精度时,计算结束公路隧道通风网络中交通风力的计算当车辆在隧道内行驶时,隧道的内的空气会因车辆的带动而产生活塞风,由车辆活塞作用而产生的压差称为交通风力根据《公路隧道通风照明设计规范》,交通风力为PI=号)()一)一号)(一))()式中:()和(一)分别为隧道内与设计风向同向的和反向的车辆数为隧道设计风速,ms()和(一)分别为与同向和反向的各工况车速』D为隧道空气密度,kgmA为汽车等效阻抗面积,mA为隧道断面积,m在隧道通风网络中,考虑交通风力之后的回路风压平衡方程为lJ=QJQI一IIpjpF(Q)=()式中:P为第条支路的交通风力pi为第i回路的自然风压,F(Q)为其他动力迭代法风量校正公式()不变,式()相应的变为fQ,:=j=lIRjQPt一()为求交通风压对风量的导数aPQ,需将式()作调整,使之成为风量的函数,并将隧道内风速=QA,代入式(),得=号暑)一一)()故有Qi)一一一zPn()I()一J一…一)(o)式()~好地解决了在隧道通风网络解算程序中交通风力的问题至于通风网络中其他压力源,如风机和自然风压的计算理论和方法,在矿井通风网络理论中都比较成熟其他压力源风机功率为,N=Km()式中:,v为所配电机功率,kwQ为风机工作风量,msH为风机工作风压,Pa为通风机工作效率,K=为电机容量备用系数Ttr为传动效率,直联传动时为,皮带传动时为,,联轴器传动时为平导半横向通风计算实例根据ScottHinslev回路法基本原理,本文作者基于C#语言编制了相应的解算程序,用于公路隧道平导半横向式通风的计算某隧道通风计算基础参数某单洞双向二级公路隧道,主隧道长m,断面积为m,当量直径为in,壁面阻力系数为平导长m,断面积为m,当量直径为m,壁面阻力系数为横向通道长m设计车速为kmh,汽车等效阻抗面积为m,设计小时交通量为辆h,隧道总需风量为ns利用平导由两端送风,经车道将污染空气由隧道进出口排出主风机设置于平导两端洞口,拟采用轴流风机,隧道进出口设置射流风机调压主隧道中性点设置在离左洞口m,右洞口m处各区段的划分长度及风流方向如图所示通风网络划分根据图所示的隧道通风区段划分,简化的通风网络如图所示其中,序号,,…代表节点编号,,,…代表支路编号支路一为平导支路支路,为主隧道支路支路,为横向通道分支支路,为连接风流进出口大气虚拟分支主风机安置在支路及支路中,射流风机安置在支路和支路中首先确定横通道内的风量,主隧道及平导各个分支分风量可由相应节点风量守恒计算出横通道支路需风量按照主隧道的需要分配,保证单位长度隧道获得等量新风同时,为稳定中性点(图所示的第号横通道,即支路处)位置,满足中性点两侧压力相等,应使由平导流向中性点处的风量相等可令中性点至隧道右侧出口各横通道分风量不变,对隧道左侧人口至中性点各横通道分风量重新调北京交通大学第卷整,最终可确定各支路的需风量(见表)由表中主隧道内各支路的风量计算值,可以得出沿主隧道方向各区段内的风速分布图,如图所示王!i!iiIi!!i!I!一一Il图某隧道通风区段划分图FigDiagramoftunnelventilationsectiondivisionlllOlJ}一一一一图隧道通风网络划分图FigDiagramoftunnelventilationnetwork表各支路分风量计算结果TabCalculationresultsofventilationnetwork薹一一u道长度,m一loI:一赢,图主隧道内风速分布图FigDiagramofwindvelocitydistributioninmaintunnel计算结果分析)主隧道内风压降将表数据带人解算程序中,因受回路解法中风压降为通风所需克服的支路阻力,其中,固定风量支路数量的限制,不能将确定的所有支路支路对应于主隧道支路,各支路风压降见图设置为固定风量,可经过程序”固定风量解风阻,固)横通道风阻调节值定风阻解风量”反复计算,最终得出各支路的风量及为保证平导能够为主隧道按需供风,横通道的相应的风压降,并求解出风机支路的动力增加值及风阻必须可以调节,使隧道通风网络的各项平衡程横通道的风阻调节值序中计算风阻调节值是将欲调节风阻的支路设置为第期张素磊等:ScottHinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用OoOOO编支路图主隧道内支路风压降柱状分布图FigDiagramofbranchventilationresistanceinmaintunnel固定风量支路,反算所需的风阻值,得到横通道(,支路)的风阻调节值如表所示表横通道支路风阻调节值TabAirflowresistanceadjustmentvaluesofcrosspassage分支编号风阻(Nsm)分支编号风阻(Nsm)由表可以看出,横通道风阻值中性点处风阻最小人口侧最大风阻值出现在号横通道,即支路,出口侧最大风阻出现在号横通道,即支路其中,横通道风阻调节是通过调节风门开度实现的)通风动力计算通风动力主要分为平导主风机和主隧道射流调压风机两部分(见图)主隧道射流风机提供的动力是为保证节点及节点风压的平衡,并使支路和满足按需供风需求平导主风机提供的动力可通过分析由支路,,及组成的回路和由支路,,及组成的回路中动力的整体增加及主隧道射流风机附加动力计算得出经计算,人口侧和出口侧的主风机功率分别为lkW和kW,人口侧和出口侧各需要两台功率为kW的射流风机进行调压,各通风动力计算结果见表表通风动力计算结果表TabCalculationresultsofventilationpower结论通过对某公路隧道的平导半横向通风系统的计算结果可以看出,ScottHinslev回路法的应用很好地解决了平导半横向通风通风系统的计算问题,可以实现横通道的风量和风阻的反复动态调节计算,且计算迅速,准确,为公路隧道平导半横向式通风系统的分析提供了一种有效的计算方法参考文献:陈建勋,曹校勇,缪怀甫公路特长隧道平导送风型半横向式通风计算方法及应用J公路,,():lCHENJianxunCAOXiaoyongMIAOHuaifuCalculationandItsApplicationofLongHighwayTunnelParallelHeadingandSemiTransverseVentilationModeJjHighway,,():(inChinese)曾艳华,关宝树平行导坑通风计算的研究J中国公路,,():ZENGYanhua,GUANBaoshuResearchonComputationofParallelHeadingVentilationJJChinaJournalofHighwayandTransport,,():(inChinese)黄元平矿井通风M徐州:中国矿业大学出版社,HUANGYuanpingMineVentilationMXuzhou:ChiHaUniversityofMiningandTechnologyPress,(inChinese)王红刚,张素磊,董晓明基于Net的公路隧道风网解算可视化软件开发J中国安全生产科学技术,,():WANGHonggang,ZHANGSulei,DONGXiaomingVisualSoftwareDevelopmentofHighwayTunnelVentilationBasedonNetJJournalofSafetyScienceandTechnologY,,():JTJ,公路隧道通风照明设计规范S北京:人民交通出版社,JTJ,SpecificationsforDesignofVentilationandLightingofHighwayTunnelSBeijing:ChinaCornmunicationPress,(inChinese)胡金平,谢永利,李宁军公路隧道通风网络中交通风的计算原理及应用J现代隧道技术,,():HUJinping,XIEYongli,LINingjunPrincipleoftheCalculationofTrafficWindanditsApplicationintheVentilationNetworkofaHighwayTunnelJModernTunnelingTechnology,,():(inChinese)图盟且l皿nE=j一且且丽豳网翻嘲潮嘲麟

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