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1、地铁活塞风掺混系数模拟研究清华大学邓伟李晓锋朱颖心摘要：对于非屏蔽门的地铁站台，隧道活塞风是影响站台空调负荷的一个重要因素。掺混系数可以用来表征活寒风对站台热环境影响程度。研究站台空间设计与掺混系数的关系，可以寻找有效的减少站台负荷的方法。本文提出了一种实用的地铁活塞凤掺混系数的模拟方法，采取K-E标准湍流模型，进行三维非稳态流动的数值模拟计算，通过模拟浓度场求解掺混系数。对带迂回风道的岛式和侧式两种站台形式进行CFD模拟，定量分析了它们的掺混系数，岛式站台约30%,侧式站台约10%。模拟分析结果揭示了站台空间设计对热环境有重要影响，对地铁站台和空调系统设计具有指导意义。关键词
2、：活塞风；掺混系数；空调负荷；CFD1掺混系数概念为定量分析活塞风与站台混合的比例，需要引入“掺混系数”口亦的概念。所谓“掺混系数”即活塞风中影响站台负荷部分占进入活塞风总量的TT分比。典型的双隧道岛式站台和双隧道侧式站台如图la,b所示。左右隧道之间令迂回风道，则从隧道入口进入的活塞风进入地铁车站后分为四个部分，一部分流入站台，一部分流入下游隧道，一部分从轨顶轨底排风口排走，一部分沿迂回风道进入对面隧道。其小，流入站台的及轨顶轨底排风口排走的部分将影响站台空调负荷。图lb侧式站台示意图GpajnletGpa,shortGpa.platformGpa,exhaustGpa.ou
3、tletG—g+G+G十Gpa.inlet一pa,platformpa,returnpa.outletpa,short活塞风的掺混系数可以表示为pa.platfonnpa.return(pa.outletpa.short〃・==1paJnletImixpa.inlet式中G,隧道风的质量流量，kg/s；Hmix'活塞风的掺混系数；下标pa,活塞风；inlet,上游隧道入口;platform,站台；return,回排风口；outlet,下游隧道出口；short,迂回风道;实际地铁的活塞风风量是随吋间周期性变化的，活塞风的吋均掺混系数应是活塞风风量变化周期内的积分平均值，即：TPQ
4、血弭midJlmix=U?（3）palletf=0式中r[inix活塞风的时均掺混系数；T活塞风的变化周期，s；事实表明：隧道区间中活塞风的运动方向是固定的，则四个隧道口风向如图1所示。基于流体力学和传热学基本原理，作如下假设：1.空气不可压缩，因此所有出口和入口的风量应该质量平衡。2.隧道入口带入活塞风负荷率为100%。3.进入站台的隧道风与站台空气充分掺混，在空调的作用下，短吋间内达到站台温度。则进入站台的隧道风带有的负荷完全由空调箱承当。4.空调季节排风屋小，进入回排风口的隧道风带有的负荷完全由空调箱承担。令入口活塞风中存在某物质，浓度为1,则该物质存在跟随运动和扩散运动
5、，根据假设3该物质进入站台空调区域后浓度迅速降为0。因此将站台作为一个控制体，这个开式系统具有两个入口和三个出口，测量其中两个入口和两个出口的全天风量作为边界条件（采样I、可隔为12秒），截取其中一个周期为计算工况，剩余一个出口为口由出入口，其风量由计算结果给出。入口浓度已知，只需要通过CFD模拟流场和浓度场，统计一个周期内进入站台和冋排风口的浓度，即可求出掺混系数。2计算模型依照广州地铁一号线陈家祠站和花地湾站的站台设计，进行简化后，在计算流体力学软件PHOENICS3.3中建立模型，其平面示意图参考图la,be其中，陈家祠站为岛式站台,花地湾站为侧式站台。计算用湍流模型选取
6、标准模型。在24小时的测量数据中选取一个周期作为计算工况。边界条件如图2所示。141242012:09:3812:11:0512:12:3112:13:58+西110*514长净略楽笙*去往西门O-去往&哥滋108612:08:1212:15:241614124208:19:108:20:368:13:248:14:508:16:178:17:43时间时间图2a计算用边界条件（陈家祠站,12:08:12-12:15:24,期间上下行各有一趟车进出站）♦卩q朗來牟—虫往西朗T-广州东来牟T-上往广州东图2b计算用边界条件（花地湾,&13:24〜&20:36,期间上下行各有一趟车进
7、出站）3计算结果对两个工况分别连续计算3个周期，为消除初值影响仅取最后一个周期进行统计。并给出陈家祠站在12:12:12时和花地湾站在&1&48时，距站台1.5m高处活塞风浓度的分布情况。如图3,图47550250C：0.10.10.20.30.30.40.40.50.60.60.70.80.80.90.9100Z200图3陈家祠站活塞风浓度分布图（长寿路方向来车，距站台地面l・5m,人员活动区）e01H203030.40405060,607U8Q8@90940r30图4花地湾站活塞风浓度分
