CN104750981B - 曲线隧道临界风速计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种曲线隧道临界风速计算方法，曲线隧道临界风速运用以下公式进行计算：Vcurve＝(a+br‑cr2+dr3)，公式中字母的取值范围如下：0.363＜a＜0.985、3.714*10‑3＜b＜10.081*10‑3、4.628*10‑6＜C＜12.562*10‑6、1.788*10‑9＜d＜4.853*10‑9；公式中vcurve表示不同曲线半径下临界风速值(m/s)，r表示隧道曲线半径(m)，400m<r<1500m。临界风速刚好使得烟气不发生回流的最小纵向送风速度，既能满足使得烟气只往火源一侧蔓延扩散，有利于人员疏散及消防安全，同时临界风速把助燃的危险性降到最低。
Description
技术领域
本发明涉及地铁隧道建筑防火技术领域，尤其涉及地铁隧道纵向通风风速的计算方法。
背景技术
随着城市地铁建筑的大量建设，由于地铁隧道处于一个相对封闭的环境内，所以隧道内防火越来越引起人们的重视，隧道内一旦发生火灾，通过至于区间隧道两端的事故风机进行火灾烟气的安全控制，由隧道一端送风，一端排烟，使得隧道内气流沿着一个方向流动，隧道断面气流速度大小目前规范只规定了一个区间范围2m/s～10m/s，且不小于临界风速值，但没有具体的临界风速值计算方法。
针对使得烟气刚好不发生回流时的临界风速值，目前国内外研究学者通过理论计算和数值模拟了直线隧道下不同火灾大小时临界风速具体值。而且通过数值模拟研究得到曲线隧道下临界风速值比直线隧道小，但是处于一个定性分析，未得到一个计算曲线隧道内的计算公式。
对于实际工程应用中照搬规范条文进行设计和发生火灾后保守开启最大功率送风风机下的情况，造成资源的极大浪费，以及开启风机风速过大有可能提供过多的氧气而助燃火源的发展，既不经济又存在潜在的危险。对于目前研究的临界风速值情况，只研究了直线隧道下的临界风速值，而我国地铁区间多设曲线隧道，对临界风速的曲线效应欠缺考虑。
综上现有常用地铁隧道火灾纵向通风风速一般存在以下问题和缺陷：
纵向通风风速过于保守：一旦发生火灾，实际应用中开启最大功率的通风过于保守，不利于资源的节约，而且存在提供过多氧气助燃的危险。
现有临界风速计算公式未考虑曲线效应：曲线隧道下临界风速值比直线隧道小，所以直线隧道计算公式是保守的也存在助燃的危险。
曲线隧道临界风速只在定性研究阶段，没有一个明确的计算曲线隧道下临界风速的计算公式。
发明内容
为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种曲线隧道临界风速计算方法，其特征在于：曲线隧道临界风速运用以下公式进行计算：vcurve＝(a+br-cr2+dr3)，公式中字母的取值范围如下：
0.363＜a＜0.985、3.714*10-3＜b＜10.081*10-3、4.628*10-6＜c＜12.562*10-6、1.788*10-9＜d＜4.853*10-9；公式中vcurve表示不同曲线半径下临界风速值(m/s)，r表示隧道曲线半径(m)，400m＜r＜1500m。
作为本发明的进一步改进，0.463＜a＜0.885、4.714*10-3＜b＜9.081*10-3、5.628*10-6＜c＜11.562*10-6、2.288*10-9＜d＜4.353*10-9；500m＜r＜1400m。
作为本发明的进一步改进，0.563＜a＜0.785、5.714*10-3＜b＜8.081*10-3、6.628*10-6＜c＜10.562*10-6、2.588*10-9＜d＜3.8353*10-9；600m＜r＜1300m。
作为本发明的进一步改进，0.613＜a＜0.775、6.214*10-3＜b＜7.881*10-3、7.628*10-6＜c＜10.062*10-6、2.888*10-9＜d＜3.6353*10-9；610m＜r＜1200m。
作为本发明的进一步改进，0.673＜a＜0.745、6.714*10-3＜b＜7.781*10-3、8.628*10-6＜c＜9.562*10-6、3.388*10-9＜d＜3.6053*10-9；650m＜r＜1200m。
本发明的有益效果是：
安全：
临界风速刚好使得烟气不发生回流的最小纵向送风速度，既能满足使得烟气只往火源一侧蔓延扩散，有利于人员疏散及消防安全，同时临界风速把助燃的危险性降到最低。
经济效益好：
火灾发生后，不必开启通风排烟最大功率，根据隧道实际曲线半径，计算出所需通风风速值，只要开启到使得断面风速刚好等于临界风速值即可，保证安全的前提下达到最好的经济效益。
快速有效防火：
隧道内一旦发生7.5MW下火灾，快速根据实际曲线半径和简单公式计算出所需临界风速值，效率高，对火灾反应快，大大提高了防火的安全性。
附图说明
图1是本发明隧道横断面建筑示意图结构示意图；
图2是本发明Revit2014建立的长150m曲线隧道建筑物理模型图；
图3是本发明各种半径时各种临界风速时烟气结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例子1：
如图1至图3所示，针对现有直线隧道内纵向通风风速过于保守且没有一个明确计算曲线隧道临界风速计算公式的情况，真正得到″不同曲线半径下临界风速简单计算公式″的目的，具体设计如下：
依托深圳在建三期地铁工程7号线盾构圆形隧道，上沙站至沙尾站区间曲线处最大半径为1500m，隧道外轮廓直径6m，内轮廓直径5.4m。
利用revit2014建立长150m，隧道横断面如1)实际盾构圆形隧道减去底部道砟部分，曲线半径分别为400m、500m、700m、900m、1100m、1300m、1500m时的曲线隧道建筑模型，导出DXF三维格式文件。
把DXF不同曲线半径下模型文件导入到Pyrosim2012里，隧道中部建立火源为常见的7.5MW大小火源，隧道一端设置通风，一端设置为自由排烟，调节通风风速大小，使得火源处烟气刚好不发生回流时的通风风速大小即是7.5MW时不同曲线半径下该区间隧道的临界风速大小。
表1 不同曲线半径临界风速模拟值
曲线拟合模拟所得7.5MW时不同曲线半径下该区间隧道的临界风速值得到简单的计算公式如下
vcurve＝0.711+7.27×10-3r-9.06×10-6r2+3.5×10-9r3
公式中vcurve表示7.5MW时不同曲线半径下临界风速值(m/s)，r表示隧道曲线半径(m)。
以上设计充分考虑了不同曲线半径下对临界风速的影响，并且针对隧道内常见的7.5MW火灾大小得到本区间隧道不同曲线半径时临界风速计算公式，对隧道内火灾下通风排烟大小具有快速重要指导意义。
实施例子2：
选取不同的曲率半径值、通过类似于实施例子1中的模拟实验，得出5MW火源功率下临界风速值、7.5MW火源功率下临界风速值、10MW火源功率下临界风速值、12.5MW火源功率下临界风速值，如下表所示：
总结出以下公式：
vcurve＝(a+br-cr2+dr3)，公式中字母的取值范围如下：
0.363＜a＜0.985
3.714*10-3＜b＜10.081*10-3
4.628*10-6＜c＜12.562*10-6
1.788*10-9＜d＜4.853*10-9。公式中vcurve表示不同曲线半径下临界风速值(m/s)，r表示隧道曲线半径(m)。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种曲线隧道临界风速计算方法，其特征在于：曲线隧道临界风速运用以下公式进行计算：vcurve＝(a+br-cr2+dr3)，公式中字母的取值范围如下：0.363＜a＜0.985、3.714*10-3＜b＜10.081*10-3、4.628*10-6＜c＜12.562*10-6、1.788*10-9＜d＜4.853*10-9；公式中vcurve表示不同曲线半径下临界风速值，单位为m/s，r表示隧道曲线半径，单位为m，400m＜r＜1500m。
2.根据权利要求1所述的曲线隧道临界风速计算方法，其特征在于：0.463＜a＜0.885、4.714*10-3＜b＜9.081*10-3、5.628*10-6＜c＜11.562*10-6、2.288*10-9＜d＜4.353*10-9；500m＜r＜1400m。
3.根据权利要求2所述的曲线隧道临界风速计算方法，其特征在于：0.563＜a＜0.785、5.714*10-3＜b＜8.081*10-3、6.628*10-6＜c＜10.562*10-6、2.588*10-9＜d＜3.8353*10-9；600m＜r＜1300m。
4.根据权利要求3所述的曲线隧道临界风速计算方法，其特征在于：0.613＜a＜0.775、6.214*10-3＜b＜7.881*10-3、7.628*10-6＜c＜10.062*10-6、2.888*10-9＜d＜3.6353*10-9；610m＜r＜1200m。
5.根据权利要求4所述的曲线隧道临界风速计算方法，其特征在于：0.673＜a＜0.745、6.714*10-3＜b＜7.781*10-3、8.628*10-6＜c＜9.562*10-6、3.388*10-9＜d＜3.6053*10-9；650m＜r＜1200m。
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| 小半径曲线隧道温度场与临界风速研究;胡顺利 等;《铁路技术创新》;20131231;第46-48页 * |
| 水平弧形公路隧道临界风速研究;张雪松 等;《消防科学与技术》;20111130;第30卷(第11期);第983-986页 * |
| 螺旋隧道火灾通风数值模拟研究;胡顺利;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20131115(第11期);全文 * |
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