CN112182480A - 一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，用于开启单个的吊顶排烟口时，计算不同风机组合情况下吊顶排烟口阻力的相对偏差，计算公式为：

式中Deviation是偏差百分率，具体为目标通风排烟系统性能系数与基线值之差除以所述基线值而得到无量纲百分率，％；H_{VSES，Baseline}和H_{VSES，Deviation}对应不同风机组合的性能系数；H_{VSES，Baseline}是基线值，Pa；H_{VSES，Deviation}是目标通风排烟系统的性能系数，Pa。本发明方便快捷地完成隧道通风系统重点排烟系统中吊顶排烟口阻力评价。

Description

一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法

技术领域

本发明属于隧道防灾减灾技术领域，特别涉及一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，城市地面交通愈发拥堵。为了缓解地面交通压力，满足出行需求，我国地下轨道交通得以迅速发展。然而，在轨道交通带来便利的同时，伴生问题也出现了。其中，火灾及其危害问题，形势依然严峻。据统计，约85％的受害者死于吸入高温有毒烟雾。因此，通风排烟系统及其性能提升，依然是隧道通风排烟与应急救援中的重大难题。

长期的实践表明，多数水下区间隧道无法设置排烟竖井，是水下区间隧道排烟中的关键性难题，亟待进一步开展排烟性能与通风优化研究。过去许多研究者采用物理模型实验、数值仿真和理论分析的手段，研究隧道通风排烟系统的有效性，主要围绕烟层流动长度、临界速度、温度衰减以及通风方式等展开。首先，围绕纵向通风方式下的阻塞效应，霍丽华等地铁隧道火灾烟气蔓延特性进行了研究，提出了热源热放速率、纵向通风条件及阻塞比作用下的温度预测模型；此外，针对压入式通风与抽出式通风，杜学胜等对比了相同火灾功率时的临界风速；进一步，聚焦地铁长距离隧道两点抽气通风系统，通过模型实验研究了，Zhao等归纳出该系统具有控制有限区域内烟气、及时排除高温有毒烟气的特点。另一方面，排烟道、行车道及其风道断面也会显著影响通风排烟效果，例如，张之启结合南京地铁3号线，提出了当区间隧道采用大洞方案时，应设置顶部风道、风口来组织隧道内的通风排烟；Guo等通过数值仿真，对南京地铁10号线单孔单线和单孔双线结构的不同坡度区段进行了火灾模拟，总结出双向设计更适合火灾时人员的安全疏散。最后，所设置的专用排烟道，也称为重点排烟系统，常用于水下特长隧道通风排烟组织，其中，胡清华针对武汉三阳越江隧道的特殊性，验证了公路隧道采用重点排烟，地铁隧道采用分段式设置纵向排烟的可靠性；此外，朱祝龙等发现长大过海区间隧道，需根据区间长度而采用全吊顶或者局部吊顶排烟的方案，并论证了该方案。然而，具体的风机组合方式如何对吊顶排烟口的流场分布产生差异化影响的，并不明确；尤其是，用于水下区间隧道重点排烟系统中吊顶排烟口阻力的相对量化方法尚未形成。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，方便快捷地完成隧道通风系统重点排烟系统中吊顶排烟口阻力评价。

本发明采用的技术方案是：一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，用于开启单个的吊顶排烟口时，计算不同风机组合情况下吊顶排烟口阻力的相对偏差，计算公式为：

式中Deviation是偏差百分率，具体为目标通风排烟系统性能系数与基线值之差除以所述基线值而得到无量纲百分率，％；H_{VSES，Baseline}和H_{VSES，Daviation}对应不同风机组合的性能系数；H_{VSES，Baseline}是基线值，Pa；H_{VSES，Daviation}是目标通风排烟系统的性能系数，Pa；下标Baseline与Deviation及其前置的“，”，用于区分性能系数依次为基准通风排烟系统与目标通风排烟系统。

吊顶排烟口位于排烟道下底面，以吊顶排烟口为中心，气流由吊顶排烟口下方两侧的行车道通过吊顶排烟口流入排烟道，由吊顶排烟口两侧的排烟道流出，行车道安装压入式风机，排烟道中安装抽出式风机。

风机组合为双压入式风机一左侧抽出式风机、双压入式风机一右侧抽出式风机与双压入式风机二抽出式风机。

性能系数H_VSES的计算公式为：

式中，Q_p，为压入式风机提供的总风量，m³/s；N是风机消耗功率值的总和，W；N_k是该消耗功率总和的一项，W；k是下标，它是从1到s的序列号之一，无量纲自然数。

压入式风机提供的总风量Q_p计算公式为：

式中v_p(i)为某风道段断面平均流速，m/s；A_p(i)为与上述流速相对应面积值，m²；i为下标，下标是从1到n的序列号之一，无量纲自然数。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明适用于隧道重点排烟系统中吊顶排烟口阻力的相对量化，提出了一个参数，即Deviation偏差百分率。此参数用于度量不同通风条件下吊顶排烟口阻力的差异，对于隧道防灾救灾与通风系统性能优化有着重大意义，具体为：在设计隧道通风排烟系统时，能运用数值模拟的方式获取数据，比较通风排烟方案吊顶排烟口处阻力差异，筛选出优化方案；在运营期间，实测而采集数据，能迅速便捷地完成重点排烟系统中吊顶排烟口阻力的评价。

附图说明

图1为本发明实施例的隧道重点排烟系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的不同风机组合下的性能系数偏差百分率示意图。

图中 1.左侧行车道，2.右侧行车道，3.左侧排烟道，4.右侧排烟道，5.吊顶排烟口，6.排烟道下底面，A.左侧行车道烟气流，B.右侧行车道新鲜气流，C.左侧排烟道烟气流，D.右侧排烟道烟气流。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例提供了一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，用于开启单个的吊顶排烟口时，计算不同风机组合情况下吊顶排烟口阻力的相对偏差。隧道重点排烟系统，如图1所示，吊顶排烟口5设置在隧道中部，吊顶排烟口5将左侧行车道1、右侧行车道2与左侧排烟道3、右侧排烟道4连通。行车道与排烟道处于同一隧道洞身内，排烟道下底面6将洞身一分为二，上部结构即为排烟道，下部结构为行车道；行车道以吊顶排烟口5为中心分为左侧行车道1与右侧行车道2，排烟道亦以吊顶排烟口5为中心分为左侧排烟道3及右侧排烟道4。

本实施例选取三种风机组合方式进行排烟测试。其一为双压入式风机二抽出式风机(双压二抽)，开启两台与行车道两侧相连的压入式风机和两台与排烟道两侧相连的抽出式风机；其二为双压入式风机一左侧抽出式风机(双压一左抽)，开启两台与行车道两侧相连的压入式风机和一台与排烟道左侧相连的抽出式风机；其三为双压入式风机一右侧抽出式风机(双压一右抽)，开启两台与行车道两侧相连的压入式风机和一台与排烟道右侧相连的抽出式风机。本实施例中左侧行车道1发生火灾，压入的新鲜气流与火灾产生的烟气混合，烟气被胁迫向着吊顶排烟口5流动，形成了左侧行车道烟气流A。左侧行车道烟气流A与逆向流动的右侧行车道新鲜气流B在吊顶排烟口5下方汇集涌向吊顶排烟口5，随后向排烟道两侧排出，形成左侧排烟道烟气流C与右侧排烟道烟气流D。

本实施例的具体实施步骤如下：

步骤1：计算压入气流风量和：

式中Q_p，为压入式风机提供的总风量，m³/s；v_p(i)为某风道段断面平均流速，m/s；A_p(i)为与上述流速相对应面积值，m²；i为下标，下标是从1到n的序列号之一，无量纲自然数。流速对应的横截面面积为行车道截面大小。

步骤2：计算通风系统性能系数：由流体力学的观点出发，提出了一种评价通风排烟系统性能的标准——性能系数，即通过等效气流压力而量化，计算公式为：

式中，H_VSES，是通风排烟系统的等效气流压力，Pa；N是风机消耗功率值的总和，W；N_k是该消耗功率总和的一项，W；k是下标，它是从1到s的序列号之一，无量纲自然数。

步骤3：运用偏差百分率量化吊顶排烟口阻力差异：

在相同风速条件下，三种通风机组合的吊顶排烟口阻力差异，能用双压一右抽、双压一左抽和双压二抽之间通风排烟系统性能系数的差异来量化。

设双压二抽的通风排烟系统性能系数为基准线值，则偏差百分率的计算如下：

式中Deviation是偏差百分率，具体为目标通风排烟系统性能系数与基线值之差除以所述基线值而得到无量纲百分率，％；H_{VSES，Baseline}和H_{VSES，Daviation}对应不同风机组合的性能系数；H_{VSES，Baseline}是基线值，选取双压二抽通风排烟系统性能系数，Pa；H_{VSES，Daviatino}是目标通风排烟系统的性能系数，选取双压一左抽和双压一右抽通风排烟系统性能系数，Pa。

步骤4：对不同的重点排烟方式进行数据实测，首先确定左右侧行车道断面风速、行车道截面面积大小、排烟口面积大小及风机消耗功率值总和；本例三组实验数据无法直接对比，因此，对吊顶排烟口断面风速和三种风机组合排烟系统性能系数进行拟合。其吊顶排烟口阻力差异分析具体操作如下：

a)现有吊顶排烟口开口面积为0.08m²；

b)现有双压一左抽、双压一右抽与双压二抽拟合的吊顶排烟口断面风速为{8.875，8.950，9.025，9.100，9.175，9.250，9.325，9.400，9.475，9.550，9.625，9.700，9.775，9.850，9.925，10.000，10.075}，m/s；

c)将a)、b)数据，代入公式(1)，得出风量Q_p；

d)现有双压一左抽、双压一右抽与双压二抽拟合的组合中风机总功耗分别为{469.631，475.380，481.366，487.594，494.070，500.799，507.786，515.036，522.554，530.346，538.416，546.770，555.413，564.350，573.587，583.128，592.978}、{533.094，546.975，561.013，575.208，589.560，604.070，618.737，633.560，648.541，663.679，678.975，694.427，710.037，725.803，741.727，757.808，774.046}和{473.632，477.280，481.070，485.007，489.093，493.332，497.729，502.287，507.010，511.900，516.963，522.201，527.619，533.220，539.008，544.986，551.159}，W；

e)将c)、d)数据，代入公式(2)，计算得出性能系数H_VSES；

f)特别地，以双压二抽性能为基准值，即H_{VSES，Baseline}，并且，以双压一左抽、双压一右抽依次为H_{VSES，Deviation}，分别依次代入公式(3)，进一步，以步骤b)中的数据组v_p(i)为自变量和本步骤前置操作所得Deviation为因变量，最终，得到了如图2所示的对比效果。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (5)

1.一种隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，其特征在于：用于开启单个的吊顶排烟口时，计算不同风机组合情况下吊顶排烟口阻力的相对偏差，计算公式为：

式中Deviation是偏差百分率，具体为目标通风排烟系统性能系数与基线值之差除以所述基线值而得到无量纲百分率，％；H_{VSES，Baseline}和H_{VSES，Deviation}对应不同风机组合的性能系数；H_{VSES，Baseline}是基线值，Pa；H_{VSES，Deviation}是目标通风排烟系统的性能系数，Pa。

2.如权利要求1所述的隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，其特征在于：吊顶排烟口位于排烟道下底面，以吊顶排烟口为中心，气流由吊顶排烟口下方两侧的行车道通过吊顶排烟口流入排烟道，由吊顶排烟口两侧的排烟道流出，行车道安装压入式风机，排烟道中安装抽出式风机。

3.如权利要求2所述的隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，其特征在于：风机组合为双压入式风机一左侧抽出式风机、双压入式风机一右侧抽出式风机与双压入式风机二抽出式风机。

4.如权利要求2或3所述的隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，其特征在于：性能系数H_VSES的计算公式为：

式中，Q_p，为压入式风机提供的总风量，m³/s；N是风机消耗功率值的总和，W；N_k是该消耗功率总和的一项，W；k是下标，它是从1到s的序列号之一，无量纲自然数。

5.如权利要求4所述的隧道重点排烟系统中吊顶排烟口的阻力相对量化方法，其特征在于：压入式风机提供的总风量Q_p计算公式为：

式中v_p(i)为某风道段断面平均流速，m/s；A_p(i)为与上述流速相对应面积值，m²；i为下标，下标是从1到n的序列号之一，无量纲自然数。

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