專利名稱：一種公路隧道多豎井系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及7>路或道路隧道營運(yùn)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域，具體地說是一種 以汽車車輛為交通通行工具的公路或道路隧道營運(yùn)縱向通風(fēng)系統(tǒng)中排風(fēng)
軸流風(fēng)機(jī)和送風(fēng)軸流風(fēng)才幾及射流風(fēng)機(jī)的設(shè)置方法及配置合理性的驗(yàn)證方 法。
背景技術(shù)：
公路隧道通風(fēng)有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩類。如果隧道短時，廢氣能利 用交通活塞風(fēng)自行排出，可采用自然通風(fēng)，通常雙向交通隧道長度(m) x設(shè)計交通量(輛/h) 〈6xl()S時，及單向交通隧道長度(m) x設(shè)計交 通量(輛/h) 〈2xl(^時，可采用自然通風(fēng)，其它情況宜采用機(jī)械通風(fēng)。 機(jī)械通風(fēng)采用風(fēng)機(jī)將隧道內(nèi)廢氣強(qiáng)制排出，其通風(fēng)方式目前分類有縱向 通風(fēng)、半橫向通風(fēng)、橫向通風(fēng)三大類以及在這三種基本方式基礎(chǔ)上的組合 通風(fēng)方式。我國《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》(TJT26.1-1999)按單向交
縱向通風(fēng)又分全射流風(fēng)^L縱向通風(fēng)、集中送入式縱向通風(fēng)、豎井排出 式縱向通風(fēng)、豎井送排式縱向通風(fēng)、豎井與射流風(fēng)機(jī)組合縱向通風(fēng)、靜電 吸塵縱向通風(fēng)等。
在上述多種通風(fēng)方式中，縱向通風(fēng)方式因具有建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)營費(fèi)用低 和易于養(yǎng)護(hù)的特點(diǎn)，是我國公路隧道建設(shè)中采用較多的一種通風(fēng)模式，其 中又以全射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)、豎井送排式縱向通風(fēng)和豎井與射流風(fēng)機(jī)組合 縱向通風(fēng)為多見。故以上幾種通風(fēng)模式的通風(fēng)設(shè)計計算也較多。
下文的通風(fēng)豎井是一種廣義的統(tǒng)稱，它除了表示正常意義下的豎井之 外，還包括斜井、橫洞或空氣互換輔助通風(fēng)豎井(通道)。甚至是分叉的 隧道，在計算處理上也可^L為更廣義的通風(fēng)豎井。空氣互換輔助通風(fēng)豎井 能得到的好處也是明顯的，即提升了隧道的負(fù)荷能力，通風(fēng)區(qū)間可以加長， 減少通風(fēng)豎井，從而也減少建造費(fèi)用。 一組空氣互換管道的作用與通風(fēng)豎 井的作用完全相同，只是互換管道打入的不是完全新鮮的外界空氣，而是 另一隧道的空氣。隨著我國特長公路隧道建設(shè)的增多，已相繼出現(xiàn)了雙豎井、三豎井甚至更多豎井分段進(jìn)行通風(fēng)的隧道，例如，秦嶺終南山公路隧
道已設(shè)置3個通風(fēng)豎井；杭州市慶春路過江隧道的通風(fēng)系統(tǒng)除了在中間段 設(shè)置了 2個通風(fēng)豎井以外，還在隧道的入口段和出口段分別設(shè)了匝道(區(qū) 別于隧道主干道的分叉隧道)。
根據(jù)《7>路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》JTJ026.1-1999，隧道運(yùn)營通風(fēng)需 風(fēng)量計算，主要對一氧化碳(CO)、煙霧(VI)和異味進(jìn)行稀釋。確定需 風(fēng)量時，分別對計算行車速度以下工況車速進(jìn)行計算，并考慮交通阻滯狀 態(tài)的需風(fēng)量，取其較大者作為設(shè)計需風(fēng)量。稀釋一氧化碳(CO)的需風(fēng) 量Q—m)計算公式為
<formula>formula see original document page 6</formula>式中 Qco——隧道全長L的CO排放量(m3/s )
qco——CO基準(zhǔn)排放量(mV輛km )
fa——考慮CO的車況系數(shù)
fd——車密度系數(shù)
fh—一考慮CO的海拔高度系數(shù)
fm—一考慮CO的車型系數(shù)
fiv——考慮CO的縱坡-車速系數(shù)
n——車型類別數(shù)
Nm——相應(yīng)車型的"&計交通量(輛/h)
Qreq(CO)— —隧道全長稀釋CO的需風(fēng)量(HlVs )
p——隧址設(shè)計氣壓(kN/m2) T0——標(biāo)準(zhǔn)氣溫(K)，取273K T——隧道夏季的設(shè)計氣溫(K)。
稀釋煙霧(VI)的需風(fēng)量Qre,)計算公式為 1 nDK 。
式中 Qvi——隧道全長L的煙霧排放量(m2/s ) qVI——煙霧基準(zhǔn)排放量(m"輛km )fa(VI)—一考慮煙霧的車況系數(shù) fd——車密度系數(shù)
fh(VI)— 一考慮煙霧的海拔高度系數(shù) fm(VD—一考慮煙霧的車型系數(shù) fiv(VI)— 一考慮煙霧的縱坡-車速系數(shù)
nD—一柴油車車型類別數(shù)
Nm——相應(yīng)車型的^L計交通量(輛/h)
Qreq(VI)— —隧道全長稀釋煙霧的需風(fēng)量(HlVs )
K一一煙霧設(shè)計濃度(m")。
稀釋異味的需風(fēng)量Qreq(y)計算公式為 (
^一) 3600 。
計算隧道各區(qū)段需風(fēng)量時，可采用現(xiàn)有技術(shù)中多種標(biāo)準(zhǔn)，例如還可以
采用2004 PIARC的標(biāo)準(zhǔn)，稀釋CO和煙霧的計算公式為<formula>formula see original document page 7</formula>
式中，V—_新鮮空氣需要量(mVh) Q——單車排放量(g/h，veh或m2/h,veh) Cadm——容許濃度(g/m3) Camd——環(huán)境濃度(g/m3)
為車輛數(shù)，它由下式計算，即
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，M為小時交通量，L為隧道長度，v為設(shè)計車速(km/h), D為 車輛密度。為了將小客車(PCU)單位換算為車輛數(shù)，可以假定一輛卡車 或大客車在自由交通流中占有2輛小客車的空間，而在緩行車流和上坡時 達(dá)到3輛小客車的空間。用給定的大客車或卡車百分比"a"時，車輛數(shù) 為
"PCU (小車數(shù)/ A附)=Z)^(車輛數(shù)/細(xì)) [(l - 4) + 4(2或3)]
隧道長度〉1.5km時的排煙需風(fēng)量根據(jù)"Studies of Fire and Smoke Behavior Relevant to Tunnels"建立的數(shù)學(xué)模型計算，并按PIARC 1999的 建議考慮不同火災(zāi)規(guī)模確定火災(zāi)釋熱量，然后計算設(shè)計排煙荷載。單豎井送排式通風(fēng)計算公式
在公路隧道單豎井送排式通風(fēng)中，豎井將整個隧道劃分為2個區(qū)段(見 圖1)。假定隧道為等斷面隧道，斷面積為Ar。按照《公路隧道通風(fēng)照明 設(shè)計規(guī)范》JTJ026.1-1999的約定，隧道1區(qū)段(入口至豎井)的設(shè)計風(fēng)量 為Qrl,設(shè)計風(fēng)速為vrl=Qrl/Ar;隧道2區(qū)段(豎井至出口 )的設(shè)計風(fēng)量為 Qr2，設(shè)計風(fēng)速為vr2=Qr2/Ar。豎井排風(fēng)口升壓力Ape計算公式
<formula>formula see original document page 8</formula>
和送風(fēng)口升壓力△ Pb計算公式
<formula>formula see original document page 8</formula>式中，Qe為排風(fēng)量，Ve為排風(fēng)口風(fēng)速，Ke為排風(fēng)口升壓動量系數(shù)， Qb為送風(fēng)量，Vb送風(fēng)口風(fēng)速，Kb為送風(fēng)口升壓動量系數(shù)，p為噴流方向 與隧道軸向的夾角。
隧道需風(fēng)量與設(shè)計風(fēng)量之比稱為濃度比(或筒稱為濃度)，用C表示，
即C=Qreq/Qr。將隧道1區(qū)段的需風(fēng)量記為Qreql,隧道2區(qū)段的需風(fēng)量記 為Qreq2，則有豎井底部的濃度比為C2= Qreql/QH和隧道出口內(nèi)側(cè)處的濃度 比C3計算公式<formula>formula see original document page 8</formula>
由流體的連續(xù)性原理，還有Qr2 = Qb - Qe + Qrl和隧道全長需風(fēng)量
Qreq=Qreql+Qreq2 ，以及豎井底部氣流中的等效新鮮空氣量Qsf的計算公式
<formula>formula see original document page 8</formula>
送風(fēng)量Qb與排風(fēng)量Qb之間的關(guān)系式為
<formula>formula see original document page 8</formula>
設(shè)計判定條件為
<formula>formula see original document page 8</formula>。
此外，隧道內(nèi)壓力還應(yīng)滿足條件
<formula>formula see original document page 8</formula>上式右邊，通風(fēng)阻抗力Apr的計算公式為
￡)r 2
式中 Apr——通風(fēng)阻抗力(N/m2); L——隧道長度(m); I——隧道入口損失系數(shù)，通?？扇?.6; -隧道壁面摩阻損失系數(shù)，可取0.02; :氣密度(kg/m3 )，可取1.2kg/m3;
-工
入r-P —
Dr——隧道斷面當(dāng)量直徑(m),按下式計算:
4 x」
A =隧道斷面周k"~
Ar-隨迢凈
交通通風(fēng)力Apt的計算公式為
△A =f .V[^"~OV-vr).vt+-4 23600 vt+
式中 Apt——交通通風(fēng)力(N/m2); vr——隧道i殳計風(fēng)速(m/s); vt+——與vr同向的各工況車速(m/s); vt.——與Vr反向的各工況車速(m/s);
空斷面積(m2) W -丄
3600 v,
(vt—+ 、n
N+——與vr同向的混合車設(shè)計交通量(輛/h); R——與Vr反向的混合車設(shè)計交通量(輛/h); Am——汽車等效阻抗面積(m2)，可按下式計算:
A> -(l — r,)'As ^cs
式中 Acs--j、型車正面投影面積(m2),可取2.13m、
—小型車空氣阻力系數(shù)，可取0.5;
b CS
A,
-大型車正面投影面積(m2),可取5.37m^
cl——大型車空氣阻力系數(shù)，可取l.O; ——大型車比例。 自然風(fēng)阻力Apm的計算公式為
= (1 + X r丄)丄.Vn2
式中 Apm——自然風(fēng)阻力(N/m2);
vn——自然風(fēng)作用引起的洞內(nèi)風(fēng)速(m/s)，可取2 3m/s;
單豎井送排式通風(fēng)計算由上述關(guān)系式和設(shè)計判定條件組成。若C大于1，則隧道內(nèi)空氣濃度高于安全標(biāo)準(zhǔn)，這是不允許的。若C略小于或等于
1.0，隧道內(nèi)的空氣濃度在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求。若c遠(yuǎn)小于 1,雖然隧道內(nèi)空氣清潔，但存在浪費(fèi)，設(shè)計方案不經(jīng)濟(jì)。故可根據(jù)隧道 設(shè)計判定條件，由列表試算法可求出隧道兩個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量，并計算設(shè) 計風(fēng)速完成通風(fēng)計算。
在豎井送排式通風(fēng)計算方面，我國現(xiàn)行的《公^^隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)
范》(TJT26.1-1999)只提供了單豎井送排式通風(fēng)計算的公式和方法，尚沒 有涉及復(fù)雜的多(廣義)豎井送排式通風(fēng)計算方法。在已有的計算方法中， 利用網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)理論雖然可以很好地解決如礦井中那樣的自然分風(fēng)計算的 問題，但對于公路隧道中有車輛排放污染物傳遞和濃度控制的多豎井送排 式通風(fēng)計算并不是有效的方法。因此，公路隧道多(廣義)豎井送排式通 風(fēng)計算的算法問題仍是一個全新的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種公路隧道多豎井通風(fēng)計算方法，通過本方法 測量計算出公路隧道各區(qū)段理論設(shè)計風(fēng)量和豎井的理論送風(fēng)量數(shù)據(jù)，為排 風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)和送風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)的選定提供參考依據(jù)；當(dāng)豎井送風(fēng)量和排風(fēng)量 均已給定時，本方法仍能用作為軸流風(fēng)機(jī)配置合理性的驗(yàn)證計算，以及輸 出所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)和射流風(fēng)機(jī)配置合理性驗(yàn)證計算。
本發(fā)明解決了任意個豎井設(shè)置的縱向通風(fēng)的測量計算問題，將全射流 風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)、豎井送排式縱向通風(fēng)和豎井與射流風(fēng)機(jī)組合縱向通風(fēng)這三 種常用通風(fēng)方式的通風(fēng)計算歸為一體。即當(dāng)豎井個數(shù)為0時，為全射流風(fēng) 機(jī)縱向通風(fēng)計算；當(dāng)豎井個數(shù)大于0時，不需配置射流風(fēng)機(jī)時是豎井送排 式縱向通風(fēng)計算，需配置射流風(fēng)機(jī)時是豎井與射流風(fēng)機(jī)組合縱向通風(fēng)計 算。
一種公路隧道多豎井系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)置方法，包括以下幾個步驟 (1)將帶有豎井的隧道按豎井的位置和數(shù)量劃分為若干區(qū)段，每個 豎井所在位置為兩相鄰區(qū)段交界處，從隧道入口向前直至隧道出口將所有 的豎井和區(qū)段順序用整數(shù)遞增編號，豎井及與該豎井相鄰且位于該豎井靠 近隧道入口一側(cè)的區(qū)^a順序號相同，隧道入口及出口均^見作豎井，隧道入 口的順序號為0，這樣從隧道入口向前直至隧道出口依次為第0豎井、第 1區(qū)段、第1豎井、第2區(qū)段、第2豎井......分別預(yù)計算出各個區(qū)段的需風(fēng)量，可預(yù)先選擇不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、單向交 通或雙向交通、正常交通或阻滯交通等計算出所有工況車速情況下稀釋一 氧化碳或煙霧的需風(fēng)量，當(dāng)給定特定計算工況時能直接提取各區(qū)段需風(fēng)量 或用稀釋異味的需風(fēng)量替換之，以簡化后續(xù)計算步驟。
(2) 預(yù)設(shè)定豎井及風(fēng)機(jī)參數(shù)，所述的風(fēng)機(jī)包括隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)以 及豎井內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)，找出并標(biāo)識送風(fēng)量待定豎井，所述的送風(fēng)量待定豎 井是指預(yù)設(shè)定送風(fēng)量為0且送風(fēng)口風(fēng)速大于0時的豎井，隧道出口作為送 風(fēng)量待定豎井；
(3) 計算隧道入口的送風(fēng)量的初值Q〖。及第1區(qū)段i殳計風(fēng)量初值Q::
m+l —m
Q:。= Q^=ZQ—- SQ"i-Cb》
m表示隧道入口與隧道入口前方首個送風(fēng)量待定的豎井之間送風(fēng)量 已定豎井的個數(shù)；
Qreqj為第j區(qū)段的需風(fēng)量；
Qbj為第j個豎井的送風(fēng)量； Qj為第j個豎井的送風(fēng)濃度比；
同時判斷隧道入口前方至首個送風(fēng)量待定的豎井中所有豎井底部的 空氣濃度比C值，參與判斷的豎井順序號從1~ m+l,隧道入口的空氣濃 度比C值不參與判斷。
參與判斷的豎井若有任意一豎井底部的空氣濃度比C>1，則不斷增加 隧道入口的送風(fēng)量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均《1時得到隧 道入口的送風(fēng)量Qbo和第1區(qū)段設(shè)計風(fēng)量Qrl = Qb0;
當(dāng)隧道入口與隧道入口前方首個送風(fēng)量待定的豎井之間送風(fēng)量已定 豎井的個數(shù)mX)時，計算第2~第m+l區(qū)段中各個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及
設(shè)計風(fēng)速Vr,其中Qr利用遞推公式Qr(j+":(^-Qej + Qbj ;
m二O時，意味著順序號為1的豎井也是送風(fēng)量待定豎井； 判斷C時
順序號為1的豎井底部的空氣濃度比C產(chǎn)Q一 /Qrl ; 順序號>1的豎井底部的空氣濃度比，采用如下方程求解
其中Qd為第i個豎井的排風(fēng)量；
(4) 計算下一個(由隧道入口向隧道出口方向查找)送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量初值Q:,若該當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的順序號為i,則
Q0bl=藝Q嗎—Qsfl —iQb廣(1—cbJ)
式中Qreqj為第j區(qū)段的需風(fēng)量；
式中Qa為第i個豎井底部氣流中的等效新鮮空氣量； 式中Qbj為第j個豎井的送風(fēng)量； 式中Cbj為第j個豎井的送風(fēng)濃度比；
式中m'表示當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井與其前方首個送風(fēng)量待定豎井之間 送風(fēng)量已定豎井的個數(shù)；
同時判斷當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井前方至首個送風(fēng)量待定豎井中所有豎 井底部的空氣濃度比C值，參與判斷的豎井順序號從i+l i+m'+l，當(dāng)前 送風(fēng)量待定豎井不參與判斷。
參與判斷的若有任意一豎井底部的空氣濃度比C> 1 ，則不斷增加當(dāng)前 送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均《1時 得到當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量Qbi ;
計算第i+l~i+m'+l區(qū)段中各個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速Vr，各 個區(qū)段Qr采用遞推公式Qr (j+ , ) = Qrj - Qej + Qbj求解；
判斷C時采用如下方程求解
Qr(,+1)
其中Qd為第i個豎井的排風(fēng)量；
(5) 循環(huán)操作步驟(4)，直至得到從隧道入口至出口所有豎井的送
風(fēng)量Qb、所有區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速vr;
(6) 根據(jù)步驟(5)結(jié)果計算得到各豎井排風(fēng)口升壓力Ape和送風(fēng)口 升壓力Apb、隧道各區(qū)段壓力Api及所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)Ji ;
(7) 根據(jù)步驟(6)結(jié)果確定各個豎井內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)和隧道內(nèi)射流 風(fēng)機(jī)參數(shù)，用該新的風(fēng)機(jī)參數(shù)代替步驟(2)中的預(yù)設(shè)的風(fēng)機(jī)參數(shù)重新計 算；
確定各個豎井內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)時根據(jù)步驟(5)得到的所有豎井的送 風(fēng)量Qb,并要求滿足設(shè)計風(fēng)速v、 10米/秒的條件；
(8) 循環(huán)操作步驟(2) 步驟(7)直至確定合理的軸流風(fēng)機(jī)及射流 風(fēng)機(jī)參數(shù)，安裝軸流風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)；
確定合理的軸流風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)參數(shù)時，從安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，合理因素主要有①對于每個豎井的送風(fēng)，選取軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量Qb不低于 且盡量靠近根據(jù)步驟(5)得到的該豎井的送風(fēng)量Qb;②對于每個豎井的 排風(fēng)，選取軸流風(fēng)機(jī)排風(fēng)量Qe首先使每個隧道區(qū)段滿足設(shè)計風(fēng)速VlX10 米/秒，選取較大排風(fēng)量的軸流風(fēng)機(jī)可以減少射流風(fēng)機(jī)安裝臺數(shù)，但上限是 在豎井底部不造成空氣回流；③隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)要能安裝得下。
此外還可以④從造價、運(yùn)營和維護(hù)成本等方面考慮安裝排風(fēng)用軸流風(fēng) 機(jī)與安裝多臺射流風(fēng)機(jī)之間的選擇；⑤綜合考慮的因素還有如交通量變 化、正常交通與阻滯交通、單向交通與雙向交通、火災(zāi)排煙等情況在不同 年限需要安裝的軸流風(fēng)機(jī)類型和數(shù)量、射流風(fēng)機(jī)的類型和數(shù)量，以及風(fēng)機(jī) 的使用壽命等。
除特殊說明外，各參數(shù)下標(biāo)中的數(shù)字、i、 j或其組合表示隧道中從隧 道入口起包括隧道入口的豎井順序號以及與該豎井相鄰且位于該豎井靠 近隧道入口一側(cè)的區(qū)段順序號；下標(biāo)有多個字母的，若最后一個字母為數(shù) 字、i、 j或其組合，則含義同上。
計算隧道各區(qū)段需風(fēng)量時，可采用現(xiàn)有技術(shù)中多種標(biāo)準(zhǔn)。
隧道各區(qū)段需風(fēng)量一般可采用稀釋一氧化碳的需風(fēng)量、稀釋煙霧的需 風(fēng)量以及稀釋異味的需風(fēng)量之中的數(shù)值較大者。
步驟(6)所述的隧道各區(qū)段壓力Api按下式計算 △ pi=Apri- Apti+Apmi 射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)Ji通過以下兩式計算
n+l
n+l
其中i表示第i個豎井或隧道i區(qū)段，n為隧道內(nèi)豎井總數(shù)， Apd為豎井排風(fēng)口升壓力，計算公式
△/7ei = 2
Q,
2 —
K
Qn

2 n
厶Pbi和送風(fēng)口升壓力，計算公式:
Q
r(i+l)
Kbi vbi cosygj +"
—2
+ ■
Q
r(i+l)
r(i+l)
△ Pji為每臺射流風(fēng)才幾升壓力，
13Vji為射流風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)速， Aji為射流風(fēng)才幾的出口面積，
△ pjj 、 Vji 、 A"中的下標(biāo)ji中的j僅代表射流風(fēng)機(jī)，i代表該風(fēng)機(jī)所 在的區(qū)段順序號；
"i為射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)， Apri為通風(fēng)阻抗力，
厶Pmi為自然風(fēng)阻力，
Apti為交通通風(fēng)力。 P是空氣密度，單位是kg/m3， Vri為隧道i區(qū)段的設(shè)計風(fēng)速，
Afi為隧道i區(qū)段的斷面積。
步驟(7)及步驟(8)中所述的豎井內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)和隧道內(nèi)射流風(fēng) 機(jī)參數(shù)一般指現(xiàn)有技術(shù)中安裝軸流風(fēng)機(jī)和射流風(fēng)機(jī)時需要確定的相關(guān)參 數(shù)。
射流風(fēng)機(jī)參數(shù)有型號、葉輪直徑Dj、出口風(fēng)速Vj、風(fēng)機(jī)流量Qj、葉輪 軸心至拱頂懸吊距離Z、隧道區(qū)段號、射流風(fēng)機(jī)預(yù)設(shè)臺數(shù)"及射流風(fēng)機(jī)位 置摩阻損失折減系數(shù)/ 。其中射流風(fēng)機(jī)預(yù)設(shè)臺數(shù)"是可選參數(shù)。
軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)有風(fēng)量Qa和臺數(shù)，可以由豎井所需的送風(fēng)量Qb或排風(fēng)
量Qe確定。
步驟(7)中，根據(jù)步驟(6)結(jié)果確定各個豎井內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)和隧 道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)參數(shù)均可采用現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定。
本發(fā)明方法根據(jù)風(fēng)機(jī)的送(排)風(fēng)量和送(排)風(fēng)速有級檔的特點(diǎn)， 不是將風(fēng)機(jī)的送(排)風(fēng)量和送(排)風(fēng)速擬合成連續(xù)函數(shù)進(jìn)行復(fù)雜求解， 而是深入淺出地簡化處理，將求解輸出的隧道各區(qū)段理論設(shè)計風(fēng)量和豎井 的理論送風(fēng)量(數(shù)據(jù))作為參考依據(jù)供專業(yè)設(shè)計人員選定軸流風(fēng)機(jī)的送 (排)風(fēng)量，并能靈活地讓專業(yè)設(shè)計人員將選定的軸流風(fēng)機(jī)送(排)風(fēng)量 回代驗(yàn)證計算，最終達(dá)到合理求解的目的。
本發(fā)明所述的計算方法通過設(shè)立送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志和向前查找送 風(fēng)量待定豎井標(biāo)志，使計算能同時處理豎井送風(fēng)量的給定與待定兩種情 形。本發(fā)明方法中，將隧道各區(qū)段需風(fēng)量計算提前單列，可為后續(xù)的多種 計算進(jìn)行簡化和避免重復(fù)計算；設(shè)定豎井及風(fēng)機(jī)等有關(guān)參數(shù)可提高計算操 作的靈活性；回頭計算本送風(fēng)量初值Q:i可縮小搜索計算的有效范圍和縮 短計算時間；計算隧道各區(qū)段壓力Api及所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)Jj為輸出結(jié)果合理性檢查提供依據(jù)；按軸流風(fēng)機(jī)級檔給定送風(fēng)量、排風(fēng)量是人工介入， 其操作仍是設(shè)定豎井及風(fēng)機(jī)等有關(guān)參數(shù)。
本發(fā)明所述的計算流程的核心是，向前查找送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志為后 續(xù)的回頭計算本(豎井)送風(fēng)量初值Q°bi、逐步增加送風(fēng)量Qbi并計算和檢 查各豎井底空氣濃度比Q至所有的濃度比Ci《1和計算各設(shè)計風(fēng)量Qri及 風(fēng)速Vri建立分段計算，計算各豎井底空氣濃度比Cj及濃度比Ci< 1檢查 為已建立的分段計算實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制，這種向前分段搜索計算對于廢氣排出 與新風(fēng)送入的多次分^:通風(fēng)組合的處理十分有效，求出的解是在給定條件 下的一種安全、經(jīng)濟(jì)解，理論上豎井分段式的隧道通風(fēng)長度可以無限長， 而這種算法也完全適用于任意(0~n)個(廣義)豎井設(shè)置的縱向通風(fēng)計 算；可以方便的進(jìn)行風(fēng)機(jī)設(shè)置及驗(yàn)證。


附圖l是現(xiàn)有技術(shù)單豎井送排式通風(fēng)方式模式圖。 附圖2是本發(fā)明隧道區(qū)段劃分示意圖。 附圖3是本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本發(fā)明方法在通風(fēng)計算過程中有如下基本假定
不可壓縮在隧道通風(fēng)系統(tǒng)中造成風(fēng)流的可壓縮性有三種原因，即 風(fēng)機(jī)造成的風(fēng)流靜壓變化，②風(fēng)流流速變化，和③井筒深度的變化。上述 原因造成的靜壓、動壓對風(fēng)流壓縮性的影響都很小，在通風(fēng)計算中不會明 顯影響計算結(jié)果的精度，故可將隧道內(nèi)的空氣假定為不可壓縮流體。但在 分析受空氣重力影響較大的自然通風(fēng)時仍需要考慮風(fēng)流的壓縮性及熱力 變化過程。
恒定流隧道通風(fēng)過程中任一坐標(biāo)點(diǎn)的機(jī)械風(fēng)、交通風(fēng)、自然風(fēng)的風(fēng) 壓、流速成是隨時間變化的，為計算簡便起見，將它們視為不隨時間變化 而只是空間坐標(biāo)的函數(shù)。
連續(xù)介質(zhì)隧道內(nèi)流動的氣體被認(rèn)為流入和流出任意的脫離體的質(zhì)量 不變。如當(dāng)氣體的溫度變化不大時，其密度為常量，則隧道斷面的流量不 變。
(1)將帶有豎井的隧道按豎井的位置和數(shù)量劃分為若干區(qū)段。如圖3所示的隧道區(qū)段劃分示意圖，通風(fēng)豎井(包括斜井、橫洞或空 氣互換輔助通風(fēng)豎井)從隧道入口端開始用自然數(shù)l、 2、 3等編號，假設(shè) 共有n個豎井(見圖1)。這n個豎井把隧道自然分成n+l個區(qū)段，區(qū)段 的編號也從隧道入口端開始，即1區(qū)段是指隧道入口至豎井1之間的隧道 段，2區(qū)段是豎井1至豎井2之間的隧道段，最后一個隧道區(qū)段即n+l區(qū) 段是豎井n至隧道出口之間的隧道段。
根據(jù)流體的連續(xù)性原理，仿照單豎井送排式通風(fēng)計算公式進(jìn)行擴(kuò)展。 用豎井的編號或隧道區(qū)段的編號作為對應(yīng)變量的下標(biāo)，如豎井l底部的空 氣濃度比記為d，豎井i底部的空氣濃度比為Cj。這樣，隧道出口內(nèi)側(cè)處 的濃度比現(xiàn)應(yīng)為Cn+,。遇到本身帶有下標(biāo)的變量或參數(shù)時，緊隨該變量的 下標(biāo)后加上標(biāo)記，如隧道i區(qū)段的需風(fēng)量為Qreqi,設(shè)計風(fēng)量為Qri，豎井i 的排風(fēng)量和送風(fēng)量分別為Qei和Qbi。當(dāng)隧道每個區(qū)段的斷面積相等時，可 將隧道i區(qū)l史的斷面積和設(shè)計風(fēng)速分別記為A^和vri。
(2)預(yù)設(shè)定豎井及風(fēng)機(jī)參數(shù)，找出并標(biāo)識送風(fēng)量待定豎井；
豎井從隧道入口至出口方向順序編號，每個豎井有豎井號、井前段(與 該豎井相鄰且位于靠近隧道入口一側(cè)的區(qū)段)長度Li、(井前段)需風(fēng)量
Qreqi、排風(fēng)量Qei、排風(fēng)口風(fēng)速Vei、排風(fēng)口升壓動量系數(shù)Kei 、分叉損失系
數(shù)Gfi、送風(fēng)量Qbi、送風(fēng)口風(fēng)速Vbi、送風(fēng)口升壓動量系數(shù)Kbi、送風(fēng)濃度 比Cbi、噴流方向與隧道軸向的夾角Pi、合流損失系數(shù)Ui、豎井底部短道 長度Ui和短道段需風(fēng)量Qreqsi。其中的排風(fēng)量Qei和送風(fēng)量Qbi也是軸流風(fēng) 機(jī)的參數(shù)。送風(fēng)量Qbi是一個可混合操縱的參數(shù)，可以事先給定或由程序計算。
其他豎井及風(fēng)機(jī)等有關(guān)參數(shù)，如
射流風(fēng)機(jī)參數(shù)按豎井分界線劃分的隧道區(qū)段提供。射流風(fēng)機(jī)參數(shù)有型 號、葉輪直徑Dj、出口風(fēng)速Vj、風(fēng)機(jī)流量Qj、葉輪軸心至拱頂懸吊距離Z、 隧道區(qū)段號、射流風(fēng)機(jī)預(yù)設(shè)臺數(shù)J 及射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)/7i。 其中射流風(fēng)機(jī)預(yù)設(shè)臺數(shù)J 是可選參數(shù)。
利用設(shè)定的排風(fēng)量Qei、送風(fēng)量Qbi和送風(fēng)口風(fēng)速vbi的值的組合來確
定豎井狀態(tài)，當(dāng)送風(fēng)量QbiX)時為送風(fēng)量給定豎井，當(dāng)送風(fēng)量Qb產(chǎn)O且送 風(fēng)口風(fēng)速VbiX)時為送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志，當(dāng)三者均為0時為關(guān)閉豎井或 無此豎井。為了計算的目的，將隧道出口處假設(shè)為送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志(僅 作為標(biāo)志用)。
所有區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速Vr以及其他各參數(shù)之間關(guān)系式如
16<formula>formula see original document page 17</formula>以上的i-l，2，…，n (或n+l),即對于豎井而言的量取n,但對于隧道段 而言的量取n+l。
(3)計算隧道入口的送風(fēng)量的初值Q:及第1區(qū)段設(shè)計風(fēng)量初值Q二； 隧道入口作為順序號為0的一個特殊豎井對待；
j=i H
m表示隧道入口與隧道入口前方首個送風(fēng)量待定的豎井之間送風(fēng)量 已定豎井的個數(shù)；
Q—為第j區(qū)段的需風(fēng)量； Qbj為第j個豎井的送風(fēng)量； Cbj為第j個豎井的送風(fēng)濃度比；
判斷隧道入口前方至首個送風(fēng)量待定的豎井中所有豎井底部的空氣 濃度比C值，若有任意一豎井底部的空氣濃度比Ol,則不斷增加隧道入 口的送風(fēng)量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均< 1時得到隧道入口 的送風(fēng)量Qw)和第1區(qū)賴 沒計風(fēng)量Qrl = Qbo;
不斷增加隧道入口的送風(fēng)量時可從Vrl的初值出發(fā)按某一個適當(dāng)?shù)牟?br> 長(如取0.01)增加Vn的值，重新計算Qn，同時計算出豎井l的排風(fēng)口 升壓力APel和豎井底部的空氣濃度比C尸Qreq,/Qn以及豎井底部剩余的等
效新鮮空氣量Qsfl。由隧道入口段設(shè)計風(fēng)量Qn的初值和隧道斷面積A可 計算隧道入口段的設(shè)計風(fēng)速vrl的初值。
當(dāng)隧道入口與隧道入口前方首個送風(fēng)量待定的豎井之間送風(fēng)量已定 豎井的個數(shù)mX)時，計算第2~第m+l區(qū)段中各個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及
設(shè)計風(fēng)速Vr,其中Qr利用遞推公式Qr(j+!產(chǎn)Qrj-Qej + Qbj ;
判斷C時
順序號為1的豎井底部的空氣濃度比C嚴(yán)Qr^ /Qr；
順序號>1的豎井底部的空氣濃度比，采用如下方程求解
Q—=Qn-Qei+Qb,和c,+,
Qreq(i+1)+(Qn-Qei)-c,+Qbi-cbl
其中Qei為第i個豎井的排風(fēng)量；
(4)計算下一個送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量初值Q:，若該當(dāng)前送風(fēng)量 待定豎井的順序號為i，貝'J:
QL= ZQreqJ—Qsfi —藝Qbj.(i-Cbj)式中Qreqj為第j區(qū)段的需風(fēng)量；
式中Qsfi為第i個豎井底部氣流中的等效新鮮空氣量； 式中Qbj為第j個豎井的送風(fēng)量； 式中Cbj為第j個豎井的送風(fēng)濃度比；
式中m'表示當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井與其前方首個送風(fēng)量待定豎井之間 送風(fēng)量已定豎井的個it;
判斷當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井前方至首個送風(fēng)量待定豎井中所有豎井底 部的空氣濃度比C值，若有任意一豎井底部的空氣濃度比Ol,則不斷增 加當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均 《1時得到當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量Qbi ;
不斷增加當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量時，可從Qbi的初值出發(fā)按適 當(dāng)?shù)牟介L(如取0.2 )增加Qbi的值。
計算第i+l~i+m'+l區(qū)段中各個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速Vp各 個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr采用遞推公式Qr(i+, ) = Qrj - Qej + Qbj求解；
判斷C時采用如下方程求解
Q—=Qri-Qei+Qb'和c,,
Qreq(,+1)+(Qn —Qei).Ci+Qbl.cbl
其中Qei為第i個豎井的排風(fēng)量；
例如，經(jīng)過步驟(3)的計算，不管是事先給定還是留待由計算確定， 順序號為1的豎井的送風(fēng)量Qbl已經(jīng)有一個大于0的值，由公式Qr2=Qrl - Qel+Qbl計算隧道區(qū)段2的設(shè)計風(fēng)量Qr2,然后計算出設(shè)計風(fēng)速化和豎 井1的送風(fēng)口升壓力Apb,。再進(jìn)一步由公式
c，=
Q叫2 + (Qn一Qe,)'C,+QbrCb,
Qr2
計算下一個空氣濃度C2,如果豎井1是送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志并且d 和C2都達(dá)到小于或等于1,則本步計算可以結(jié)束。否則，就按公式
Qr(,+"=Qri—Qei+Qbi和
廣—Q一+"+(Q廣Qei).Ci+Qbi.Q 、+i 一
Qr(i+"
計算豎井1后至下一個送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志的每個空氣濃度比Ci并 加以檢查，如果每個Cj都達(dá)到小于或等于1,則終止本步計算；否則，給 Vn—增量，返回本步重新計算，直至全部滿足條件為止。
(5)循環(huán)操作步驟(4),直至得到從隧道入口至出口所有豎井的送風(fēng)量Qb、所有區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速Vr;
(6)根據(jù)至步驟(5)結(jié)果計算隧道各區(qū)段壓力Api及所需射流風(fēng)機(jī) 臺數(shù)Ji;
隧道內(nèi)壓力應(yīng)滿足的條件相應(yīng)地為
S (知ei + ^ ) + J] Ji ji ^ Z (AAi -+ )
i=l
i=l
式中i表示第i個豎井或隧道i區(qū)段，n為隧道內(nèi)豎井總數(shù)， Apei為豎井排風(fēng)口升壓力，計算公式
2 —v。
Q,
Qn
"』，
2 n
Apb和送風(fēng)口升壓力，計算公式:
Qbi
Kbi vbi cosA
—2
Qbi
r(i十l)
△ Pji為每臺射流風(fēng)才幾升壓力，
Vji為射流風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)速，
Aji為射流風(fēng)才幾的出口面積，
厶Pji、 Vji、 Aji中的下標(biāo)ji中的j 4叉代表射流風(fēng)機(jī)，i代表該風(fēng)機(jī)所 在的區(qū)段順序號，
Apri為通風(fēng)阻抗力，
Apmi為自然風(fēng)阻力，
厶pti為交通通風(fēng)力，
/ i為射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)。
/7i的取值跟射流風(fēng)機(jī)軸心至隧道頂部的距離Z (簡稱心頂距)與射流 風(fēng)機(jī)的直徑Dj (m)的比值即Z/Dj有關(guān)。
在上述方程組中，隧道入口段的設(shè)計風(fēng)量Qr1的計算式不能直接給出， 而只能由遞推計算形式表示。豎井送風(fēng)量的公式Qbi (1-Cbi) =Qreq(i+1)-Qsfi (i=l,2,...，n)在實(shí)際問題求解中不一定總能成立，需改成遞推計算的 形式，濃度比的下限0.9需放寬成為0<Ci《1.0。
為了驗(yàn)證風(fēng)機(jī)設(shè)置的合理性，可以進(jìn)行風(fēng)機(jī)設(shè)置的驗(yàn)證。 (7)根據(jù)至步驟(6)結(jié)果確定各個豎井內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)和隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)參數(shù)，用該新的風(fēng)機(jī)參數(shù)代替步驟(2)中的預(yù)設(shè)的風(fēng)機(jī)參數(shù)重新
計算；
(8)循環(huán)操:作步驟(2) ~步驟(7)直至確定合理的軸流風(fēng)機(jī)及射流 風(fēng)機(jī)參數(shù)，安裝軸流風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)。
例如若得出射流風(fēng)機(jī)的臺數(shù)合理，則認(rèn)為結(jié)論合理；若計算的射流風(fēng) 機(jī)臺數(shù)太多安裝不下時，按軸流風(fēng)機(jī)的級檔調(diào)整軸流風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量、排風(fēng) 量， 一臺軸流風(fēng)機(jī)的級檔不夠用時可用兩臺軸流風(fēng)機(jī)組合在一起使用，再 重新計算，根據(jù)調(diào)整后的軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)重新計算所有送風(fēng)量待定的豎井的
需風(fēng)量Qreqi ,以及送風(fēng)量的初值Q:i和豎井底空氣濃度比Ci,直至得到新
的風(fēng)機(jī)數(shù)量，可根據(jù)需要反復(fù)驗(yàn)證直至結(jié)論合理。
根據(jù)所有區(qū)段設(shè)計風(fēng)量Qri及設(shè)計風(fēng)速Vri計算隧道各區(qū)段壓力Api及 所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)Ji， 一般情況下若干臺射流風(fēng)機(jī)在隧道某一區(qū)段可采用 平均分布設(shè)置。
本發(fā)明方法流程也可參見圖3,通過細(xì)分可依次包括如下13步
輸入計算參數(shù)的步驟1;
計算隧道各區(qū)段需風(fēng)量的步驟2;
設(shè)定豎井和風(fēng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)的步驟3;
設(shè)立送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志的步驟4;
查找前方是否還有送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志的步驟5;
判斷是否找到送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志的步驟6,若找到則繼續(xù)執(zhí)行步驟 7,若找不到送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志，則執(zhí)行步驟IO及步驟10以下的相應(yīng) 步驟；
計算送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志的送風(fēng)量初值QL的步驟7; 計算各豎井底空氣濃度比Ci的步驟8;
判斷Cj值的步驟9，若Cj〉1，則返回繼續(xù)執(zhí)行步驟8，若Cj《1，則 執(zhí)行步驟10;
計算各區(qū)段設(shè)計風(fēng)量Qri及風(fēng)速vri的步驟10;
計算隧道各區(qū)段壓力Api及所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)乂的步驟11;
判斷輸出結(jié)果是否合理的的步驟12;若合理，則結(jié)束計算，若不合理， 則執(zhí)行步驟13;
按軸流風(fēng)機(jī)級檔給定送風(fēng)量、排風(fēng)量的步驟13;再次執(zhí)行步驟4。 利用本發(fā)明方法進(jìn)行浙江蒼呤特長隧道右線中風(fēng)機(jī)的設(shè)置蒼嶺特長隧道右線中除隧道出入口外，中間帶有兩個豎井，分別編號 為豎井1和豎井2。豎井1和豎井2將隧道分成了三個區(qū)段，入口段(l
區(qū)4殳)、2區(qū),殳、出口#史(3區(qū)^:)。
劃分好各個區(qū)段后，先按現(xiàn)行的《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》
(TJT26.1-1999)標(biāo)準(zhǔn)計算單向交通工況不同年份的隧道各區(qū)段需風(fēng)量， 在選擇設(shè)計計算年份(2017年)和計算行車速度vt=60km/h后，選擇是或
不是按煙塵考慮的條件可以取到(隧道全長)需風(fēng)量Qreq值的較大者及相
應(yīng)的隧道各區(qū)段需風(fēng)量Qreqi，將豎井1和豎井2均作為送風(fēng)量待定豎井， 預(yù)設(shè)定豎井及風(fēng)機(jī)參數(shù)如下
a) 道路與隧道設(shè)計主參數(shù)設(shè)定
公路等級高速公路 車道數(shù)2
隧道長度L: 7605.00 (m) 設(shè)計車速vt: 80.00 (km/h)
b) 隧道環(huán)境與幾何參數(shù)設(shè)定(部分)
隧道斷面積Ar: 55.76 (m2) 隧道斷面周長Pr: 30.13 (m) 隧道斷面當(dāng)量直徑D" 7,403 (m)
c) 通風(fēng)計算公有參數(shù)設(shè)定
設(shè)計交通量N: 757.8 (輛/h) 交通方向單向交通 大型車混入率ij: 40.53% 汽車等效迎風(fēng)阻抗面積Am: 2.809816(m2) 計算行車速度vt: 60(km/h) 自然風(fēng)引起的洞內(nèi)風(fēng)速Vn: 4.0(m/s) (隧道全長)需風(fēng)量Qreq: 746.4(m3/s)(按煙塵考慮) 隧道壁面摩阻損失系數(shù)？W: 0.018 隧道入口損失系數(shù)G: 0.6 風(fēng)道等總壓力損失Apd: 300.0 (N/m2)
d) 豎井參數(shù)設(shè)定
豎井號1
井前段長度Li: 2815.00 (m) 需風(fēng)量Qreqi: 295.10 (m3/s)
22排風(fēng)量Qei: 0.00 (m3/s) 排風(fēng)口風(fēng)速Vei: 6.00(m/s) 排風(fēng)口升壓動量系數(shù)Kei: 0.90 送風(fēng)量Qbi: 0.00 (m3/s) 送風(fēng)濃度比Cbi: 0 送風(fēng)口噴出風(fēng)速Vbi: 30.00 (m/s) 噴流方向與隧道軸向的夾角Pi: 5° 送風(fēng)口升壓動量系數(shù)Kbi: 1.0 豎井分叉損失系數(shù)Gfi: 0.280 送風(fēng)口合流損失系數(shù)Chj: 0.700 短道^:長度Ldsi: 56.00 (m) 短道段需風(fēng)量Qreqs: 5.87 (m3/s)
豎井號2
井前段長度Li: 2825.00 (m)
需風(fēng)量Q—: 296.10 (mVs)
排風(fēng)量Qei: 0.00 (m3/s)
排風(fēng)口風(fēng)速Vei: 6.00 (m/s)
排風(fēng)口升壓動量系數(shù)Kei: 0.90
送風(fēng)量Qbi: 0.00 (m3/s)
送風(fēng)濃度比Cbi: 0
送風(fēng)口噴出風(fēng)速Vbi: 30.00 (m/s)
噴流方向與隧道軸向的夾角Pi: 5°
送風(fēng)口升壓動量系數(shù)Kbi: 1.0
豎井分叉損失系數(shù)Gfi: 0.280
送風(fēng)口合流損失系數(shù)Ghi: 0.700
短道段長度Ldsi: 56.00 (m)
短道段需風(fēng)量Qreqs: 5.87 (m3/s) 計算隧道入口的送風(fēng)量初值和1區(qū)段設(shè)計風(fēng)量初值，并增加送風(fēng)量使 豎井1底部的空氣濃度比C值《1;再計算豎井1送風(fēng)量初值，并增加送 風(fēng)量使豎井2底部的空氣濃度比C值《1，得到隧道入口的送風(fēng)量和1區(qū) 段設(shè)計風(fēng)量QH=295.10m3/s以及1號豎井的送風(fēng)量Qb=296.10m3/s，此時1 號豎井有如下諸量vrl=5.29m/s; Qrl=295.10m"s; Qe=0.00mVs; vr2=10.60m/s; Qr2=591,20m3/s; Qb=296.10m3/s 豎井底排風(fēng)前空氣濃度比Ce=0.980 送風(fēng)前空氣濃度比C2=1.000 等效新鮮空氣量Qs產(chǎn)O.OO(mVs) 下一個空氣濃度比C3=1.000 送排風(fēng)口提供的升壓力△ pb+ △ pe=89.15 (N/m2) 短道內(nèi)流動的風(fēng)量Qs=Qrl-Qe=591.20 (m3/s) 短道內(nèi)的氣流速度vrs=Qs/Ar=5.29 (m/s) 計算豎井2的送風(fēng)量初值，并增加送風(fēng)量使隧道出口處內(nèi)側(cè)的空氣濃 度比C《1時得到豎井2的送風(fēng)量Qb=155.20m3/s，此時2號豎井有如下諸 量
vrl=10.60m/s; Qrl=591.20m3/s; Qe=0.00m3/s; vr2=13.39m/s; Qr2=746.40m3/s; Qb=155.20m3/s
豎井底排風(fēng)前空氣濃度比Ce=0.990
送風(fēng)前空氣濃度比C2=1.000
等效新鮮空氣量Qs產(chǎn)0.00(mVs)
下一個空氣濃度比C3=1.000
送排風(fēng)口提供的升壓力Apb+Ape-19.70(N/m2)
短道內(nèi)流動的風(fēng)量Qs=Qri-Qe=591.20 (m3/s)
短道內(nèi)的氣流速度、S=QS/A「10.60 (m/s)
第2輪直至確定合理的軸流風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)參數(shù)的計算是反復(fù)設(shè)定每 個豎井的送風(fēng)量和排風(fēng)量值回頭重新計算。根據(jù)豎井1的送風(fēng)量 Qb-296.10mVs和軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量級檔，選擇風(fēng)量Qa為150.00m3/s的軸流 風(fēng)機(jī)2臺(總風(fēng)量300.00m3/s稍大于296.10m3/s )，同時為了使隧道內(nèi)的設(shè) 計風(fēng)速vr《10m/s，選擇風(fēng)量Qa為110.00 m3/s的軸流風(fēng)才幾2臺(總風(fēng)量 220.00m3/s小于隧道1區(qū)革史設(shè)計風(fēng)量Qrl=295.10m3/s,不會造成豎井底下 的短道內(nèi)空氣回流)，修改豎井1參數(shù)使Qb=300.00m3/s和Qe=220.00m3/s 后重新計算，得到l號豎井如下諸量
vrl=5.55m/s; Qrl=309.60m3/s; Qe=220.00m3/s;
vr2=6.99m/s; Qr2=389.60m3/s; Qb=300.00m3/s 豎井底排風(fēng)前空氣濃度比Ce=0.934送風(fēng)前空氣濃度比C2=1.000
等效新鮮空氣量Qsf=0.03(m3/s)
下一個空氣濃度比C3=0.990
送排風(fēng)口提供的升壓力△ pb+ △ pe=145.79 (N/m2)
短道內(nèi)流動的風(fēng)量Qs=Qrl-Qe=89.60 (m3/s)
短道內(nèi)的氣流速度vrs=Qs/Ar=L61 (m/s) 2號豎井有如下諸量
vrl=6.99m/s; Qrl=389.60m3/s; Qe=0.00m3/s; vr2=9.70m/s; Qr2=540.88m3/s; Qb=151.27m3/s
豎井底排風(fēng)前空氣濃度比Ce=0.975
送風(fēng)前空氣濃度比C2=0.990
等效新鮮空氣量Qsf=3.93(m3/s)
下一個空氣濃度比C產(chǎn)l.OOO
送排風(fēng)口提供的升壓力△ pb+ △ pe=42.97 (N/m2)
短道內(nèi)流動的風(fēng)量Qs=Qrl-Qe=389.60 (m3/s)
短道內(nèi)的氣流速度vrs=Qs/Ar=6.99 (m/s) 根據(jù)豎井2的送風(fēng)量Qb=151.27m3/s和軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量級檔，選擇風(fēng)量Qa 為160.00m3/s的軸流風(fēng)機(jī)1臺，修改豎井2參數(shù)使Qb=160.00m3/s后重新 計算，得到1號豎井如下諸量
vrl=5.56m/s; Qrl=309.82m3/s; Qe=220.00m3/s; vr2=6.99m/s; Qr2=389.82m3/s; Qb=300.00m3/s
豎井底排風(fēng)前空氣濃度比Ce=0.934
送風(fēng)前空氣濃度比C2=0.999
等效新鮮空氣量Qsf=0.10(m3/s)
下一個空氣濃度比C3=0.990
送排風(fēng)口提供的升壓力Apb+Ape=145.78 (N/m2)
排風(fēng)口斷面積Ae=Qe/ve=36.67(m2)
送風(fēng)口斷面積Ab=Qb/vb=10.00(m2)
短道內(nèi)流動的風(fēng)量Qs=Qrl-Qe=89.82 (m3/s)
短道內(nèi)的氣流速度vrs=Qs/Ar= 1.61 (m/s) 2號豎井有如下諸量
vrl=6.99m/s; Qrl=389.82m3/s; Qe=0.00m3/s; vr2=9.86m/s; Qr2=549.82m3/s; Qb=160.00m3/s豎井底排風(fēng)前空氣濃度比Ce=0.975
送風(fēng)前空氣濃度比C尸0.9卯
等效新鮮空氣量Qsf=4.00(m3/s)
下一個空氣濃度比C3=0.984
送排風(fēng)口提供的升壓力△ pb+ △ pe=44.88 (N/m2)
送風(fēng)口斷面積Ab=Qb/vb=5.33(m2)
短道內(nèi)流動的風(fēng)量Qs=Qrl-Qe=389.82 (m3/s)
短道內(nèi)的氣流速度vrs=Qs/Ar=6.99 (m/s)
計算隧道各區(qū)段壓力Api及所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)Ji :
△ prl: 114.32 (N/m2)
△ pr2: 221.95 (N/m2)
△ pr3: 288.30 (N/m2) 通風(fēng)阻抗力Ap" 624.57 (N/m2)
△ ptl: 133.73 (N/m2)
△ pt2: 100.99 (N/m2)
△ pt3: 41.44 (N/m2) 交通通風(fēng)力Apt: 276.17 (N/m2) 自然風(fēng)阻力Apm: 246.93 (N/m2) 隧道內(nèi)所需升壓力Ap: 595.34(N/m2) ]EApj=Ap-i:(Apb+Ape)=404.67 (N/m2)
隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)參數(shù)如下 入口段
選用射流風(fēng)機(jī)型號SDS-12.5 葉輪直徑Dj: 1250 (mm) 出口風(fēng)速Vj: 40.74 (m/s) 流量Qi: 50.00 (m3/s) 葉壽侖軸心至拱頂懸吊距離Z: 2700 (mm) 風(fēng)積W立置摩阻損失折減系數(shù)Ti : 0.98 設(shè)計風(fēng)速V. 4.75 (m/s) 每臺射流風(fēng)機(jī)的升壓力Apj: 32.30(N/m2) 需要射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)1.7 (臺) 2區(qū)段
26選用射流風(fēng)機(jī)型號SDS-12.5 葉4侖直徑Dj: 1250 (mm) 出口風(fēng)速Vj: 40.74 (m/s) 流量Qj: 50.00 (m3/s) 葉^~軸心至拱頂懸吊距離Z: 2700 (mm) 風(fēng)^L位置摩阻損失折減系數(shù)r| : 0.98 設(shè)計風(fēng)速、6.99(m/s) 每臺射流風(fēng)機(jī)的升壓力Apj: 35.42 (N/m2) 需要射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)2.3 (臺) 出口段
選用射流風(fēng)機(jī)型號SDS(R)-12.5
葉4侖直4圣Dj: 1250 (mm)
出口風(fēng)速Vj: 40.74 (m/s)
流量Qi: 50.00 (m3/s)
葉輪軸心至拱頂懸吊距離Z: 2700 (mm)
風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)ri : 0.98
設(shè)計風(fēng)速Vr: 8.43 (m/s)
每臺射流風(fēng)機(jī)的升壓力Apj: 29.00 (N/m2)
需要射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)9.2 (臺) 根據(jù)以上結(jié)果，射流風(fēng)機(jī)參數(shù)已確定，而軸流風(fēng)機(jī)已確定風(fēng)量和臺數(shù) 以及豎井的送風(fēng)參數(shù)(vb、 Qb、 Ab)和排風(fēng)參數(shù)(ve、 Qe、 Ae),只需按規(guī) 范要求計算各豎井的風(fēng)道損失并進(jìn)一步計算確定軸流風(fēng)機(jī)的功率，并安裝
軸流風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)。
權(quán)利要求
1、一種公路隧道多豎井系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)置方法，包括如下步驟(1)將帶有豎井的隧道按豎井的位置和數(shù)量劃分為若干區(qū)段，每個豎井所在位置為兩相鄰區(qū)段交界處，從隧道入口向前直至隧道出口將所有的豎井和區(qū)段順序用整數(shù)遞增編號，豎井及與該豎井相鄰且位于該豎井靠近隧道入口一側(cè)的區(qū)段順序號相同；(2)預(yù)設(shè)定豎井及風(fēng)機(jī)參數(shù)，找出并標(biāo)識送風(fēng)量待定豎井；(3)計算隧道入口的送風(fēng)量的初值及第1區(qū)段設(shè)計風(fēng)量初值m表示隧道入口與隧道入口前方首個送風(fēng)量待定的豎井之間送風(fēng)量已定豎井的個數(shù)；Qreqj為第j區(qū)段的需風(fēng)量；Qbj為第j個豎井的送風(fēng)量；Cbj為第j個豎井的送風(fēng)濃度比；判斷隧道入口前方至首個送風(fēng)量待定的豎井中所有豎井底部的空氣濃度比C值，若有任意一豎井底部的空氣濃度比C>1，則不斷增加隧道入口的送風(fēng)量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均≤1時得到隧道入口的送風(fēng)量Qb0和第1區(qū)段設(shè)計風(fēng)量Qr1＝Qb0；當(dāng)隧道入口與隧道入口前方首個送風(fēng)量待定的豎井之間送風(fēng)量已定豎井的個數(shù)m>0時，計算第2～第m+1區(qū)段中各個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速vr，其中Qr利用遞推公式Qr(j+1)＝Qrj-Qej+Qbj；判斷C時順序號為1的豎井底部的空氣濃度比C1＝Qreq1/Qr1；順序號>1的豎井底部的空氣濃度比，采用如下方程求解Qr(i+1)＝Qri-Qei+Qbi和其中Qei為第i個豎井的排風(fēng)量；(4)計算下一個送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量初值，若該當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的順序號為i，則式中Qreqj為第j區(qū)段的需風(fēng)量；式中Qsfi為第i個豎井底部氣流中的等效新鮮空氣量；式中Qbj為第j個豎井的送風(fēng)量；式中Cbj為第j個豎井的送風(fēng)濃度比；式中m′表示當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井與其前方首個送風(fēng)量待定豎井之間送風(fēng)量已定豎井的個數(shù)；判斷當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井前方至首個送風(fēng)量待定豎井中所有豎井底部的空氣濃度比C值，若有任意一豎井底部的空氣濃度比C>1，則不斷增加當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均≤1時得到當(dāng)前送風(fēng)量待定豎井的送風(fēng)量Qbi；計算第i+1～i+m′+1區(qū)段中各個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速vr，各個區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr采用遞推公式Qr(j+1)＝Qrj-Qej+Qbj求解；判斷C時采用如下方程求解Qr(i+1)＝Qri-Qei+Qbi和其中Qei為第i個豎井的排風(fēng)量；(5)循環(huán)操作步驟(4)，直至得到從隧道入口至出口所有豎井的送風(fēng)量Qb、所有區(qū)段的設(shè)計風(fēng)量Qr及設(shè)計風(fēng)速vr；(6)根據(jù)至步驟(5)結(jié)果計算隧道各區(qū)段壓力Δpi及所需射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)Ji；(7)根據(jù)至步驟(6)結(jié)果確定各個豎井內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)和隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)參數(shù)，用得到的風(fēng)機(jī)參數(shù)代替步驟(2)中的預(yù)設(shè)的風(fēng)機(jī)參數(shù)重新計算；(8)循環(huán)操作步驟(2)～步驟(7)直至確定合理的軸流風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)參數(shù)，安裝軸流風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)；各參數(shù)下標(biāo)中的數(shù)字、i、j或其組合表示隧道中從隧道入口起包括隧道入口的豎井順序號以及與該豎井相鄰且位于該豎井靠近隧道入口一側(cè)的區(qū)段順序號。
2、如權(quán)利要求1所述的公路隧道多豎井系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)置方法，其特征 在于，步驟(6)所述的隧道各區(qū)段壓力Api按下式計算△pi=Apri- Apti+Apmi 其中Apri為通風(fēng)阻抗力，Apti為交通通風(fēng)力，Apmi為自然風(fēng)阻力。
3、如權(quán)利要求2所述的公路隧道多豎井系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)置方法，其特征 在于，步驟(6)所述的射流風(fēng)機(jī)臺數(shù)Jj通過以下兩式計算<formula>formula see original document page 4</formula>其中n為隧道內(nèi)豎井總數(shù)，Apei為順序號為i的豎井排風(fēng)口升壓力， 厶Pbi為順序號為i的豎井送風(fēng)口升壓力， 厶Pji為隧道i區(qū)段的每臺射流風(fēng)機(jī)升壓力， Vji為隧道i區(qū)^爻的射流風(fēng)^^的出口風(fēng)速， A"為隧道i區(qū)段的射流風(fēng)機(jī)的出口面積，△ Pji、 Vj" Aji中的下標(biāo)ji中的j代表射流風(fēng)機(jī)，i代表該風(fēng)機(jī)所在 的區(qū)段順序號，P是空氣密度，單位是kg/m3,/7i為隧道i區(qū)段的射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)。 vri為隧道i區(qū))史的i殳計風(fēng)速， Ari為隧道i區(qū)段的斷面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種公路隧道多豎井系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)置方法，主要是向前查找送風(fēng)量待定豎井標(biāo)志為后續(xù)的回頭計算本(豎井)送風(fēng)量初值Q_bi⁰、逐步增加送風(fēng)量Q_bi并計算和檢查各豎井底空氣濃度比C_i至所有的濃度比C_i≤1和計算各設(shè)計風(fēng)量Q_ri及風(fēng)速v_ri建立分段計算，計算各豎井底空氣濃度比C及濃度比C≤1檢查為已建立的分段計算實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制，這種向前分段搜索計算對于廢氣排出與新風(fēng)送入的多次分段通風(fēng)組合的處理十分有效，求出的解是在給定條件下的一種安全、經(jīng)濟(jì)解，可以方便的進(jìn)行風(fēng)機(jī)設(shè)置。
文檔編號E21F1/08GK101429870SQ20081016258
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者吳德興, 李偉平, 鄭國平, 項(xiàng)小強(qiáng) 申請人:浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院