CN112163261A - 纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：用于衡量流体挡烟墙性能‑欧拉数Euler number的确立，Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

N，通风机组合功耗，即特定组合下各个单机功耗的算术和，单位W；H_SP，无烟气污染道静压，单位Pa；Q_RC，无烟气污染道压入气流风量，单位m³/s；0.5是基于流体动力学原理的常数，无量纲自然数；ρ，气流密度，单位kg/m³；v_RC，无烟气污染道风速，单位m/s；Q_p，压入气流风量之和，单位m³/s。本发明的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法能够以数值的方式，准确明了的量化通风排烟系统以及效能。

Description

纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法

技术领域

本发明涉及隧道排烟技术领域，尤其涉及纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法。

背景技术

在近年来，随着社会经济的发展，城市地面交通愈发拥堵。为了满足出行需求，缓解地面交通压力，我国地下交通事业迅速发展。在其带来便利的同时，许多不容忽视的问题也逐一浮现；且水下区间隧道火灾问题最为突出，据统计，85％的受害者死于吸入高温和有毒烟雾。因此，通风排烟方式、排烟效果和风机组合方式仍是行业的前沿问题。

目前，隧道常用的通风方式有横向通风、半横向通风和混合式通风几种。在通风排烟效果与经济性等方面，以上几种方式各有优劣。为讨论集中排烟速率对排烟效果的影响，姜学鹏等通过实验研究，得出烟气层化曲线随排烟速率变化沿隧道纵向呈复杂的变化趋势，烟气热分层现象具有分段的特点。进一步，何明星等分析了纵向式与横向式排烟方式下，隧道内CO浓度、温度的空间分布规律；根据结果得到了拱顶下方最高烟气温度、纵向通风风速及火灾规模的理论公式。为研究半横向排烟对排烟效果的影响，易亮等开展了模型实验研究。另一方面，火源与排烟口相对位置也将影响排烟效果，例如，邱永海对某半横向通风隧道进行数值模拟，发现火源位置对排烟效果无明显影响，而排烟口分布对火灾烟气的蔓延影响较大。赵红莉等分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究，并对比分析了两种排烟方式在火灾工况下对烟气的控制效果。最后，Tang等针对排烟道下的烟气流动进行了实验研究而发现：由于排烟口附近诱导的环境气流与纵向通风的相互作用，排烟系统将对烟气控制产生影响。

水下区间隧道区别于一般隧道，若考虑纵向通风排烟，其地理条件使得竖井布置困难；此外，横向与半横向通风排烟效果极佳，然而，工程造价太高、施工管理难度大。顺其自然的，纵向通风集中排烟方式逐渐成为水下隧道通风排烟方式的优选；但是，纵向通风集中排烟方式中流体挡烟墙性能的量化方法尚未形成，无法预估合理的通风机组合排布以及通风效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，该流体挡烟墙性能量化方法可以量化不同风机组合以及通风效果。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法：包括以下步骤：

步骤1)：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立，

Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

N，通风机组合功耗，即特定组合下各个单机功耗的算术和，单位W；

H_SP.无烟气污染道静压，单位Pa；

Q_RC，无烟气污染道压入气流风量，单位m³/s；

0.5是基于流体动力学原理的常数，无量纲自然数；

ρ，气流密度，单位kg/m³；

v_RC，无烟气污染道风速，单位m/s；

Q_p，压入气流风量之和，单位m³/s。

进一步地，所述隧道中设置吊顶，所述吊顶将所述隧道分成上下分置的排烟道以及行车道，所述吊顶上设置有排烟口，所述排烟道与所述行车道通过所述排烟口相连通，所述排烟口将所述行车道分成失火起烟道以及无烟气污染道，包括以下步骤：

步骤1)：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立，

Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

Q_LC，失火起烟道压入气流风量，单位m³/s；

步骤2)：无烟气污染道压入气流风量Q_RC的计算，计算式为：

式中，v_RC(i)为相应i段内的平均风速，单位m/s；A_RC(i)为与平均风速v_RC(i)相对应的横截面面积，单位m²；

步骤3)：失火起烟道41压入气流风量Q_LC的计算，计算式为：

式中，v_LC(i)为相应i段的平均风速，单位m/s；A_LC(i)为与平均风速v_LC(i)相对应的横截面面积，单位m²；

步骤4)：将步骤2)以及步骤3)的计算结果，代入步骤1)中进行计算，得欧拉数Euler number。

进一步地，当所述失火起烟道各i段横截面面积相等时，所述无烟气污染道各i段横截面面积相等时，

步骤1)：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立

Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

v_RC与v_LC，分别为无烟气污染道与失火起烟道的平均风速，单位m/s；

A_RC与A_LC，分别为无烟气污染道与失火起烟道的横截面面积，单位m²。

进一步地，所述气流密度ρ为1.2kg/m³。

进一步地，所述Euler number为无量纲自然数。

进一步地，所述排烟口位于所述隧道的中心位置，所述无烟气污染道与所述失火起烟道以所述排烟口为中心相对称。

进一步地，所述无烟气污染道与所述失火起烟道的静压相等。

本发明的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法具有如下有益效果：

1、本发明，欧拉数确定了等效风压力与惯性力之间的占比关系，欧拉数越小，惯性力占比越大，表明其抗烟气侵蚀能力越强。欧拉数能够以数值的方式量化排烟效果、指导通风机组合安装。

2、本发明，通过无量纲欧拉数有助于制定合理的通风机组合策略、功耗选择，评价通风排烟系统效能，提高隧道通风排烟系统减灾救灾能力，指导设计优化和营运节能。完成了纵向通风集中排烟方式中流体挡烟墙性能的量化，弥补了纵向通风集中流体挡烟墙性能量化的空白。

3、本发明，具有较好的实际应用，对于隧道防灾救灾有着重大意义。实际工程中，通过布设功耗、静压和风速传感器，测定欧拉数计算表达式中参数，计算得到欧拉数，即可快速预估和现场评价通风排烟系统效能，指导设计优化和营运节能。计算过程简单、易操作、耗时少、实际应用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的上提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的隧道排烟系统结构示意图；

图2为本发明实施例的欧拉数Euler number计算结果示意图。

附图标记说明：

1-隧道；2-吊顶；3-排烟道；31-左侧排烟道；32-右侧排烟道；4-行车道；41-失火起烟道；42-无烟气污染道；5-排烟口。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法做进一步地详细的描述。

如图1与图2所示：

纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法：包括以下步骤：

步骤1：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立，Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

N，通风机组合功耗，即特定组合下各个单机功耗的算术和，单位W；

H_SP.无烟气污染道静压，单位Pa；

Q_RC，无烟气污染道压入气流风量，单位m³/s；

0.5是基于流体动力学原理的常数，无量纲自然数；

ρ，气流密度，单位kg/m³；

v_RC，无烟气污染道风速，单位m/s；

Q_p，压入气流风量之和，单位m³/s。

上述无烟气污染道是指无烟气流通的通道。

进一步地，所述隧道1中设置吊顶2，所述吊顶2将所述隧道1分成上下分置的排烟道3以及行车道4，所述吊顶2上设置有排烟口5，所述排烟道3与所述行车道4通过所述排烟口5相连通，所述排烟口5将所述行车道4分成失火起烟道41以及无烟气污染道42，包括以下步骤：

步骤1：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

Q_LC，失火起烟道41压入气流风量，单位m³/s；

步骤2：无烟气污染道42压入气流风量Q_RC的计算，计算式为：

式中，v_RC(i)为相应i段内的平均风速，单位m/s；A_RC(i)为与平均风速v_RC(i)相对应的横截面面积，单位m²；

步骤3：失火起烟道41压入气流风量Q_LC的计算，计算式为：

式中，v_LC(i)为相应i段的平均风速，单位m/s；A_LC(i)为与平均风速v_LC(i)相对应的横截面面积，单位m²；

步骤4：将步骤2以及步骤3)的计算值，代入步骤1中进行计算，得欧拉数Eulernumber。

进一步地，当所述失火起烟道41各i段横截面面积相等时，所述无烟气污染道42各i段横截面面积相等时，

步骤1：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

v_RC与v_LC，分别为无烟气污染道42与失火起烟道41平均风速，单位m/s；

A_RC与A_LC，分别为无烟气污染道42与失火起烟道41横截面面积，单位m²。

进一步地，所述气流密度ρ为1.2kg/m³。

进一步地，所述Euler number为无量纲自然数。

进一步地，所述排烟口位于所述隧道的中心位置，所述无烟气污染道与所述失火起烟道以所述排烟口为中心相对称。

进一步地，所述无烟气污染道与所述失火起烟道的静压相等。

实施例1：

分置于排烟口5两侧的失火起烟道41以及无烟气污染道42中分别开启一台压入式风机，左侧排烟道31开启一台抽出式风机，构成双压一左抽的排风体系。

实施例2：

分置于排烟口5两侧的失火起烟道41以及无烟气污染道42中分别开启一台压入式风机，右侧排烟道32开启一台抽出式风机，构成双压一右抽的排风体系。

实施例1、实施例2中，均设定发生火灾、火灾烟气流通的失火起烟道41为左侧的行车道4；设定无火灾发生、无烟气流通的无烟气污染道42为右侧的行车道4。无烟气污染道42中压入的新鲜气流B，与失火起烟道41火灾产生的烟气流A混合，烟气被胁迫向着吊顶2排烟口5流动。总的来说，失火起烟道41的烟气流A与逆向流动的无烟气污染道42的新鲜气流B在吊顶2排烟口5下方汇集，并涌向吊顶2的排烟口5，随后向排烟道3两侧排出，形成左侧排烟道31烟气流C与右侧排烟道32烟气流D。

实施例1、实施例2中，假设失火起烟道41各i段横截面面积相等，无烟气污染道42各i段横截面面积相等。

实施例1中：

无烟气污染道42截面积A_RC与失火起烟道41A_LC横截面面积，均为0.23616m²；

气流密度ρ为1.2kg/m³；

无烟气污染道42的静压H_SP为26.6Pa，25.4Pa，24.8Pa，23.6Pa，22.5Pa，21.5Pa，20.5Pa，19.3Pa，18.5Pa；

通风机组合功耗N为290.85W，312.74W，335.81W，358.66W，388.46W，415.80W，453.44W，485.99W，525.80W；

失火起烟道41风速v_LC为：1.90m/s，1.91m/s，1.98m/s，2.02m/s，2.06m/s，2.03m/s，2.11m/s，2.14m/s，2.17m/s；

无烟气污染道42风速v_RC为：0.76m/s，0.80m/s，0.80m/s，0.84m/s，0.88m/s，0.91m/s，0.93m/s，0.99m/s，1.02m/s；

将上述各参数带入公式：

求解，欧拉数Euler number。

实施例2中：

无烟气污染道42截面积A_RC与失火起烟道41A_LC横截面面积，均为0.23616m²；

气流密度ρ为1.2kg/m³；

无烟气污染道42的静压H_SP为28.2Pa，27.7Pa，27.0Pa，26.3Pa，26.0Pa，24.7Pa，24.0Pa，23.1Pa，22.1Pa；

通风机组合功耗N为261.59W，279.54W，299.72W，323.19W，348.24W，372.80W，403.19W，435.84W，469.96W；

失火起烟道41风速v_LC为：1.84m/s，1.87m/s，1.89m/s，1.97m/s，1.98m/s，2.02m/s，2.06m/s，2.09m/s，2.11m/s；

无烟气污染道42风速v_RC为：0.70m/s，0.70m/s，0.71m/s，0.71m/s，0.74m/s，0.78m/s，0.81m/s，0.81m/s，0.86m/s；

将上述各参数带入公式：

求解，欧拉数Euler number。

实施例1与实施例2欧拉数Euler number计算的结果如图2所示。

结合图2，分析无量纲欧拉数量化流体挡烟墙性能的实施过程，得出如下结论：

(1)无量纲欧拉数能够以数值的方式，准确明了量化通风排烟系统以及效能：

①随着功耗的增加，无量纲欧拉数降低，则相应的惯性力所占比重增大，无烟气污染道42抵抗烟气侵蚀的能力越来越强。

②在功耗相同的情况下，双压一左抽的无量纲欧拉数小于双压一右抽的无量纲欧拉数，则双压一左抽中的惯性力大于双压一右抽中的惯性力，即与双压一右抽相比，双压一左抽具有防止左侧行车道4中的失火起烟道41中的烟气流，扩散或者冲入右侧行车道4中的无烟气污染道42的更强的流体抵抗力。

③流体挡烟墙能阻止烟气扩散到新鲜气流区域，或者预防危险区域的烟气流冲入污染较低区域而引起通风排烟系统的应急救援能力削弱。

(2)针对实际工程而言，布设少量的功耗、静压和风速传感器，测定出欧拉数计算表达式中相应的参数，计算得到欧拉数，即能够为动态正常营运时期、灾变初期、灾变快速发展和灾变后期，提供特定通风机组合运行参数的优选及其效果判定。计算过程简单、易操作、耗时少，能够快速预估和现场评价通风排烟系统效能，指导设计优化和营运节能。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步地描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (7)

1.纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立，

Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

N，通风机组合功耗，即特定组合下各个单机功耗的算术和，单位W；

H_SP，无烟气污染道静压，单位Pa；

Q_RC，无烟气污染道压入气流风量，单位m³/s；

0.5是基于流体动力学原理的常数，无量纲自然数；

ρ，气流密度，单位kg/m³；

v_RC，无烟气污染道风速，单位m/s；

Q_p，压入气流风量之和，单位m³/s。

2.如权利要求1所述的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于：所述隧道(1)中设置吊顶(2)，所述吊顶(2)将所述隧道(1)分成上下分置的排烟道(3)以及行车道(4)，所述吊顶(2)上设置有排烟口(5)，所述排烟道(3)与所述行车道(4)通过所述排烟口(5)相连通，所述排烟口(5)将所述行车道(4)分成失火起烟道(41)以及无烟气污染道(42)，包括以下步骤：

步骤1)：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立，

Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

Q_LC，失火起烟道(41)压入气流风量，单位m³/s；

步骤2)：无烟气污染道(42)压入气流风量Q_RC的计算，计算式为：

式中，v_RC(i)为相应i段内的平均风速，单位m/s；A_RC(i)为与平均风速v_RC(i)相对应的横截面面积，单位m²；

步骤3)：失火起烟道(41)压入气流风量Q_LC的计算，计算式为：

式中，v_LC(i)为相应i段的平均风速，单位m/s；A_LC(i)为与平均风速v_LC(i)相对应的横截面面积，单位m²；

步骤4)：将步骤2)以及步骤3)的计算结果，代入步骤1)中进行计算，得欧拉数Eulernumber。

3.如权利要求2所述的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于：当所述失火起烟道(41)各i段横截面面积相等时，所述无烟气污染道(42)各i段横截面面积相等时，

步骤1)：用于衡量流体挡烟墙性能-欧拉数Euler number的确立

Euler number为等效压力与惯性力之比，即：

v_RC与v_LC，分别为无烟气污染道(42)与失火起烟道(41)的平均风速，单位m/s；

A_RC与A_LC，分别为无烟气污染道(42)与失火起烟道(41)的横截面面积，单位m²。

4.如权利要求1或2或3所述的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于，所述气流密度ρ为1.2kg/m³。

5.如权利要求1或2或3所述的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于，所述Euler number为无量纲自然数。

6.如权利要求3所述的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于，所述排烟口(5)位于所述隧道(1)的中心位置，所述无烟气污染道(42)与所述失火起烟道(41)以所述排烟口(5)为中心相对称。

7.如权利要求6所述的纵向通风集中的隧道流体挡烟墙性能量化方法，其特征在于，所述无烟气污染道(42)与所述失火起烟道(41)的静压相等。

Images