特长公路隧道通风工况模拟理论探究

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1、特长公路隧道通风工况模拟理论探究　　摘要：本文在公路隧道通风研究中引入通风网络理论，结合隧道通风实际，研究影响隧道风流各因素如风机、交通流、自然风、火风压等在通风网络理论中的计算原则和处理方法，研究能模拟并正确反映工程实际的数学模型和物理逻辑关系，构架隧道通风网络理论，在此基础上编制了隧道通风网络仿真计算程序，该程序在某特长公路隧道通风方案研究中得到了应用和验证，为特长公路隧道通风方案的制定提供了新的方法和理论依据。关键词：公路隧道通风网络数学模型计算程序1.概述随着我国公路建设发展，公路隧道建设在数量和规模上都取得了巨大进步。公路隧道建设的长

2、大化是一个必然趋势。12在以往的通风计算中，由于通风形式较为简单，往往根据规范规定，进行通风计算。对于采用多竖井纵向通风方式通风的特长公路隧道而言，一方面，隧道通风系统非常复杂，按照规范上计算方法，将隧道分为若干段分别进行计算，其计算量是非常大的，计算效率很低；另一方面，规范中计算方式忽略了隧道各段之间相互影响，同时，由于复杂通风系统所需配置风机多，能耗大，如果仅仅按照极限状态下需风量进行风机配置，势必会造成巨大浪费。这就要求利用通风基础理论，通过程序编制，利用计算机对复杂通风系统的需风量、风机风压的进行计算。并在风机配置和选型前，对风机工况进

3、行模拟，来优化风机特性曲线以及风机安装和配置。2.网络通风理论通风网络是由表示通风系统内各风流路线及其分合关系的网状线路图与其赋权通风参数组成的。将通风系统抽象为通风网络、进行通风系统分析，是研究通风系统的重要手段和方法。2.1隧道通风网络图的绘制隧道通风网络图就是反映隧道通风系统中各风流分合关系的网络状示意图，其绘制步骤如下：（1）节点编号：即将风流分合点加以编号。编号顺序通常是沿风流方向从小到大。节点编号不能重复。（2）分支连线：即将有风流连通的节点用单线条连接。先连主干风路，后连支流。（3）图形整理：通风网络图形状不唯一，可根据习惯与方便

4、画成椭圆形、圆形或框形。2.2隧道通风网络内风流变化的规律12在隧道通风系统的通风网络内，各送排风机送风量与排风量必须与各风机工作风路的风阻状况、交通风压、自然风压以及隧道各段需风量相适应。从节省能耗方面出发，在复杂公路隧道通风网络中，风机供风量、风机风压以及需风量之间应有一个最优组合，这一点可以通过风机工况模拟来得到。在对公路隧道复杂通风网络进行解算时，阻力定律、风量平衡定律以及风压平衡定律将作为解算的理论基础。介绍如下：2.2.1阻力定律风流在隧道中流动的过程中，风流的压力损耗与流量或流速之间的依存关系称为阻力定律。可用下式表示：（2-1）

5、式中——流体的压力损失，pa；——流体在隧道某段的平均流速，m/s；——常数，与隧道特性和流体特性有关。隧道阻力为沿程阻力和局部阻力之和，沿程阻力和局部阻力具有同一性，并存在互相迭加的关系。因此可以写成通式：（2-2）（2-3）式中——隧道通风阻力，pa；——隧道风阻，；；；——风量，。此式即为隧道通风阻力定律的表达式。他表明，隧道通风阻力等于隧道风阻与风量平方之积。在计算隧道各支路通风阻力时使用该定律。2.2.2风量平衡定律12隧道通风网络中，任一结点或闭合回路，其流入的风量等于流出的风量。或者说流入某结点或闭合回路的风量与该点或闭合回路流出

6、风量的代数和等于零。其表达式为：（2-4）其中：——与i节点相关联的支路j的风量。流入节点的支路风量为正，流出节点者为负；N——风网支路数。2.2.3风压平衡定律风网中任一回路内各支路阻力、风机风压、交通风压、自然风压以及火风压的代数和为零。其表达式为：（2-5）其中：——回路内分支的阻力值；——回路内分支中的风机风压值；——回路内分支中的自然风压值；——回路内分支中的交通风压值；3.风机特性曲线计算理论风机的特性曲线即风机所提供风压和风机供风量之间关系曲线，风机特性曲线有两种，一种是生产风机厂家提供的曲线，另一种是在进行隧道通风计算时经过计算

7、给出的风机鉴定曲线。本文中风机特性曲线确定是针对第二种情况，即通过对隧道各不同段，在不同交通量，算出不同工况下需风量，再计算出能够满足这些不同需风量所对应风机的风压，通过计算出的需风量和所对应风机的风压来确定风机特性曲线。3.1需风量的计算12进行隧道运营通风需风量计算时，隧道通风主要对一氧化碳（CO）、烟雾（VI）和异味进行稀释。确定需风量时，应分别对计算行车速度以下工况车速进行计算，并考虑交通阻滞状态需风量，取其较大者作为设计风量。需风量的计算公式如下所示：（1）稀释一氧化碳（CO）的需风量公式：=（3-1）=（3-2）（2）稀释烟雾的需风

8、量公式：=（3-3）=（3-4）（3）稀释异味的需风量公式：（3-5）在进行需风量计算时，根据各设计年限的高峰小时交通量，分各种不同车速以及交通阻滞、