表 2 的结果表明 ,当隧道内自然风压的大小和方向发生改变时 ,若不调整两端风机的工作台数 ,两端 的风量将发生改变 ,经计算调整结果如表 3.
表2 不同自然风压下的风量 Tab. 2 Air amount computation list for different natural ventilation pressure m3 ・ s- 1 风速 v n / ( m・ s - 1)
+
Δ pt) ∑p n + ∑
= 0,
( 1)
式中 : pf 和 p n 分别为网孔中风机风压和自然风压 , 顺时针取正 , 逆时针取负 ;Δ p t 和 Δ pJ 分别为交通通风 力和射流风机压力 , 与风流方向相同取正 , 与风流方向相反取负 ;Δ p R 为通风阻力 , 是局部通风阻力与摩 擦阻力之和 . 对于复杂风网的解算 , 有斯考德 2恒斯雷法 、 牛顿 2拉夫森法 、 京大第二试算法和节点压力法 [ 7 ] 等 , 常 用的是斯考德 2恒斯雷法 . 该法属于迭代法 , 其实质是在满足风量平衡定律的基础上 , 预先假定网孔内各分 支风量 , 根据式 ( 1) 和阻力定律列出网孔风压平衡方程 , 再按照方程的泰勒级数展开式求风量的校正值 Δ Q . 将风量初拟值作第 1 次修正 , 再用第 1 次校正风量求算第 2 次修正值 , 校正得各分支第 2 次渐进风 量 , 直到满足预定精度为止 . ΔQ i =
Abstract : Based on t he st ruct ure of a t unnel ventilation network and t he principles of airflow in it , simulation computation is done for t he ventilation of two long highway t unnels using t he Scott2 Hosley met hod and t he ventilation pat h met hod to investigate t he effect s of t he placement and adjust ment of jet fans. The result s show t hat a long t unnel wit h longit udinal and sectional ventilation forms a network and it s computation can be carried out by nat ural airflow dist ribution to determine t he site of jet fans , t he amount of airflow and t he mode of airflow regulation. Key words : t unnels ; ventilation networks ; air quantity cont rol ; nat ural air dist ribution ; air dist ribution
图4 风流流向图
Fig. 4 Directions of airflow
2 隧道风网的按需调节
风网解算分为自然分风解算和按需分风解算 ,正常运营隧道通风网络的解算是按需分风解算 . 由于隧 道风网有风流分支少 、 出入口多的特点 ,当根据隧道长度按需分配风量后 ,网络中各边的风量由风量平衡 定律即可确定 ,不再需要进行分风计算 . 但按需分风的结果不满足风压平衡定律时 ,要保证风量的按需分
收稿日期 :2002203205 作者简介 : 曾艳华 ( 1968 - ) ,女 ,讲师 ,博士研究生 .
184
西 南 交 通 大 学 学 报
第 38 卷
图1 通风系统示意图 Fig. 1 A ventilation system
图2
通风网络图
图3
风网简化
Fig. 2 A ventilation network
1 隧道通风网络
1. 1 风网的绘制及解算
将隧道的各条风路按风流方向和顺序连结而成的网状线路图 ,称为隧道通风网络图 . 它是点和线的组 合 ,表明各条风路的风流流向和各条支路之间的连结形式 . 根据回路自然风压法 [ 4 ] 和通风示意图 ( 图 1 ) 可 绘出通风网络图 ( 图 2) . 图 2 中箭头表示风流方向 , 虚线 ④ 和⑤ 为加入的自然风压边 , 该风网有 5 条边 ,4 个节点 . 目前 ,一般认为隧道中自然风压只存在于主隧道的分支上 ,在其余分支上不予考虑 . 这样 ,将图 2 的节 点 1 和节点 2 合并 ,简化为如图 3 所示的网络 .
西 南 交 通 大 学 学 报 第 38 卷 第2期 Vol. 38 No. 2 2003 年 4 月 Apr. 2003 J OU RNAL OF SOU THWEST J IAO TON G UN IV ERSIT Y
文章编号 :025822724 ( 2003) 0220183205
表4 风机损坏时隧道内风量分配 Tab. 4 Airflow distribution when jet fans fail 重庆端风机损坏数/ 台 2 4 6 成都端 153. 46 147. 73 141. 97 重庆端 392. 54 398. 26 404. 03 成都端风机损坏数/ 台 2 4 6 成都端 151. 01 142. 82 134. 55
Qj
k +1
= Q j +Δ Q i , Qk i
k
k
( 3)
式中 :
Qk j
和
Q kj + 1
分别为分支 j 第 k 次和第 k + 1 次风量 ;Δ
为第 i 个独立回路第 k 次风量修正值 .
1. 2 算 例
自然分风是在已知隧道风网各分支的风阻 R 和总风量的条件下 , 计算得出的各分支的分风量 . 自然 分风的结果满足风量平衡定律和风压平衡定律 . 对隧道通风而言 , 可以利用自然分风 , 解决以下问题 : ①当隧道通风设计完成后 , 根据设计 , 控制总风量 , 模拟计算各段的自然分风 , 以掌握风流的实际调 整结果 ; ②模拟当某段隧道中的风量调节设备损坏时 , 各段隧道风流的分配 ; ③模拟当自然风压的大小和方向发生变化时 , 隧道内风量的分配 ; ④预测通风系统由于火灾或其它原因发生改变时 , 风流的流向和分配 , 以制定相应对策 . 成渝高速公路中梁山隧道左线隧道的通风网络如图 3 . 经上述 4 项计算 , 结果如表 1～表 4 所示 . 由表 1 可见 , 风量和风压的设计值与计算结果略有差别 . 按设计风量 , 两端的风流流到竖井底部时 , 压力不相等 将引起隧道两端的风量的调整 , 模拟计算结果即为调整结果 .
重庆端
10 台风机 386. 88 373. 52 360. 17
0 2. 5
风机 成都端 射流风机/ 台 10 3 - 1 ( ) 158. 77 风量/ m ・ s 射流风机/ 台 8 风量/ ( m3 ・ s - 1 ) 158. 41
重庆端 8 387. 23
6 387. 59
从表 4 可知 ,由于重庆端风机反向工作 ,无论哪端风机损坏 ,都将引起重庆端风量增多 ,而成都端风量 不足 ,因此风机的维修管理工作至关重要 .
164. 00 159. 12 - 202. 30 - 206. 36
重庆端 10 台风机
382. 00 386. 88 - 205. 72 - 206. 36
说 明
( 1) 按 《公路隧道通风照明 (J TJ 026. 1 - 1999) 设计 . 规范》 ( 2) 风压是指风流从两端流 向竖井底部时的相对压力 .
Fig. 3 A simplified ventilation network
在正常情况下 , 风流在隧道中近似呈稳定连续流动 , 流体的流动遵守能量守恒定律 , 多属于紊流状态 , 在任何形式的风网中 , 风流都遵循 3 个基本规律 [ 3 ] :风量平衡定律 、 风压平衡定律和阻力定律 . 由于主隧道 中有汽车的交通通风力和射流风机的存在 , 隧道风网中的风压平衡定律将修正为 : Δ p R - ( ∑pf + ∑ Δ pJ ∑
第2期
曾艳华等 :隧道通风网络及调节
表1 设计结果与模拟结果比较
Tab. 1 Comparison between designed and simulated results
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风量与风压 风量 / ( m3 ・ s - 1) 风压/ Pa 设计结果 计算结果 设计结果 计算结果
成都端 12 台风机
纵向式通风具有效果好 、 建设投资少 、 运营费用低的特点 ,愈来愈多的公路隧道采用纵向式通风 . 但由 于隧道内的纵向风速受到限制 ,一些长大公路隧道多增设竖井 、 斜井或使用土建施工的平行导坑 ,采用分 段纵向式通风 [ 1 ,2 ] . 在分段纵向通风的长大公路隧道中 ,风流在各段隧道 、 横通道 、 平导中的流动服从以风 流理论为基础的通风网络理论 [ 3 ] . 为保证各段隧道内能按需供风 , 需要在隧道或通风辅助坑道进行风流 的调节与控制 .
- 2. 5 0. 0 2. 5
表3 不同自然风压时所需风机数量 Tab. 3 Jet fan computation list for different natural ventilation pressure
v n / ( m・ s - 1)
成都端 12 台风机
159. 12Leabharlann 172. 48 185. 83m3 ・ s1
重庆端 394. 99 403. 18 411. 45
在正常运营期间 ,当两隧道间某一横通道打开时 ,两隧道间风流流向如图 4 所示 . 图 4 中的数字表示 风量 ,单位为 m3 ・ s- 1. 由图 4 可见 ,当重庆端横通道打开时 ,由于左线隧道重庆端射流风机反向工作 ,进风量减少 ,在横通道 两端 ,左线隧道的压力低于右线隧道 ,致使右线隧道的风流流向左线隧道 . 同时由于左线隧道成都端的活 塞作用风与风流流向相反 ,进风量也减少 ,而右线隧道成都端的进风量增加 . 因此 ,运营期间 ,两隧道间的 横通道不能打开 .