一种自然通风隧道通风机理试验系统的制作方法

本发明涉及隧道通风技术领域，尤其是涉及一种自然通风隧道通风机理试验系统。

背景技术：

自然通风隧道作为一种适用于市政隧道的新型通风方式，已经在国内多条隧道(如武汉东湖隧道、上海北翟路隧道、武宁路隧道、成都红星路隧道、南京白下路隧道和龙蟠中路隧道等)得到应用，其突出的节能环保优势已得到充分证明和认可。

现有的隧道通风实验技术针对传统的纵向通风、竖井通风，对风机模拟、阻力格栅模拟已经有充分的探讨，然而对隧道内交通风的模拟以及自然通风隧道的通风模型试验并不多见，对隧道的自然通风模式机理的探讨也需要相应的模型试验装置。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自然通风隧道通风机理试验系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自然通风隧道通风机理试验系统，该系统包括：

隧道主体模拟子系统：包括模拟隧道段和加速段，所述的模拟隧道段由两条并联的直线型隧道主体组成，每条隧道主体由多节长度不同的隧道节段通过法兰连接形成，且通过半圆形的加速段相互连通形成环状隧道；

自然通风口模拟子系统：包括开设在直线型隧道主体顶部的多个预制的通风竖井，所述的通风竖井的长度、宽度、高度、间隔距离和截面形状均可调节；

交通流模拟子系统：包括设置在环状隧道内的环形轨道以及设置在环形轨道上的模拟车队，所述的模拟车队包括依次连接的动力车和多个模型车辆组，每个模型车辆组内设有多个模型车辆；

车辆发热及尾气模拟子系统：设置在模型车辆上，用以模拟隧道内车辆产生的热量及尾气；

测量子系统：包括上位机以及设置在模拟隧道段内的数据采集器，用以在实验中获取模拟隧道段内的风速、温度、能见度、co浓度以及摄像数据。

每节隧道节段包括底板、左右侧板以及设置在左右侧板上且高度可调的活动盖板，并且在内壁实验前，通过打磨或喷砂处理，使每节隧道节段具有与原型隧道相同的沿程摩阻损失系数。

每条隧道主体的断面和自然通风口布置方式不同，用以对比试验。

所述的通风竖井包括与开设在隧道主体顶部的开孔尺寸相同的风口底板以及设置在风口底板上的自然通风口。

所述的自然通风口的高度通过设置在其上的可滑动刻度尺调节并计量。

所述的模型车辆组内的多个模型车辆顶部设置横向和纵向的可伸缩轻质硬杆，用以模拟车队中不同的横向和纵向车间距。

所述的通风竖井底部的横梁上设置分别与数据采集器连接的风速传感器、温度传感器、co浓度传感器和摄像头。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、适用于自然通风隧道：本发明通过车队直接模拟了隧道内交通风的作用，可以真实反映自然通风隧道的通风机理与规律。

二、车间距可调：装置使用电机牵引动力车，保证了试验中车速的稳定，保证试验结果的可重复性，并且通过伸缩杆调节车队的横向间距和纵向间距，可模拟不同车流组成和车辆形式对隧道通风的影响。

三、材料拆卸方便：本发明能快速高效完成不同风口参数下对应的模型安装，能进行多种参数的模型试验工况。

附图说明

图1为隧道模型连接方式示意图。

图2为可变高度型隧道模型。

图3为隧道模型示意图。

图4为顶部开孔隧道模板。

图5为预制风口模板结构图。

图6为高度可变型风口结构图。

图7为车队布置侧视图。

图8为车队布置俯视图。

图9为车辆发烟发热等装置布置俯视图。

图10车辆发烟发热等装置布置主视图。

图11为通风竖井形式及传感器示意图。

图12为a-a侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明的目的是建立能够模拟自然通风隧道机理的综合性多功能试验系统，该试验系统可方便的用于试验，并实现以下功能：

1、不同车速、车队组成情况下，隧道内的压力场、风速场、污染物分布及自然通风通风换气效果测试。

2、不同自然通风口形状、大小、高度、间距等工况下，隧道内的压力场、风速场、污染物分布及自然通风通风换气效果测试。

3、自然通风隧道通风换气机理(活塞风及热压差)。

如图1所示，本试验系统由具有特定功能的五个子系统有机组成，而每个子系统又是分别由具有特定功能的设备、装置组成，这五个子系统分别为：

(1)隧道主体模拟子系统；

(2)自然通风口模拟子系统；

(3)交通流模拟子系统；

(4)车辆发热及尾气模拟子系统；

(5)测量子系统。

(1)隧道主体模拟子系统：

隧道主体由多节长短不一的隧道节段通过法兰连接，如附图1。各节段由底板、左右侧板及活动盖板组成。根据隧道建筑限界要求，隧道节段侧板布置距底板分别为h1，h2，h3等数量不等的短隔板，用于支撑活动盖板并满足不同建筑限界下的隧道内部高度要求，如图2所示。

隧道节段内壁试验前，通过打磨或喷砂，使得其具有与原型隧道相同的沿程摩阻损失系数。

直线段布置两条隧道，可同时开展不同断面及自然通风口布置的隧道试验，如附图3，提高了试验效率，并便于在同等车流条件下对比试验结果。

(2)自然通风口模拟子系统：

在模拟隧道段，间隔一定距离开设顶部通风竖井，竖井长度、宽度、高度、间隔距离、形式(矩形、梯形等)可变，用来模拟不同竖井参数对试验结果的影响。在隧道模型顶部开设孔洞，并制作相应同尺寸的风口底板(长为a、宽为b)，自然通风口置于底板上并能一起安装在隧道模板顶部开孔处，这样可预制不同尺寸及形式的通风口并且易于安装拆卸，如图4和图5所示。

自然通风口高度可连续调节，应用可滑动的刻度尺调节通风口高度并准确计量相应高度，如图6所示。

(3)交通流模拟子系统：

如:图3、7和8所示，车辆模拟系统包括环形轨道、模型车辆和动力车。

环形轨道包括两段直线加速段及位于隧道内部的试验段及两段弯道。加速段的作用是恢复通过弯道时车辆的速度损失，使得试验车队的隧道在进入隧道前达到设计车速。

模拟车队中各车辆组由可伸缩的轻质硬杆连接，通过调整硬杆的长度可模拟不同的车间距。

动力车为电机牵引，电力来自通电轨道，可保证多辆动力车的车速相同并提供不同车速。

各车辆组包括车辆a及模拟不同车道车辆的车辆b1，b2，b3等组成。b1，b2，b3等通过可伸缩的轻质硬杆固定与车辆a顶部，通过调整硬杆的长度，可模拟不同的横向车间距。可根据模拟的车队的不同，选择是否安装b1，b2，b3等其他车辆。

车辆采用轻质材料制作，其外轮廓形状及尺寸与模拟的真实车辆相似。

(4)车辆发热及尾气模拟子系统

车辆上自带发烟及发热装置，用来模拟隧道内汽车产生的热量及尾气，如图9和10所示。.

(5)传感器测量系统：

包括上位计算机，数据采集器。试验中，各风速、温度、能见度、co浓度等数据均实时上传到上位计算机中，并能记录时间以便计算。隧道内放置有摄像设备以记录试验运行过程，传感器的布置方式如图11和12所示。

本发明的功能如下：

(1)自然通风机理研究

从正常行车工况下自然通风的通风模式、通风原理、通风计算进行分析，并对不同隧道工况下风压作用下对自然通风的影响进行研究，得到自然通风的理论计算方法，为自然通风的设计提供理论依据。

(2)运营通风条件下自然通风口优化研究

研究通风口不同组合形式、风口间距、风口高度、风口倾角、布置形式对隧道内和通风口风量变化规律的影响，结合地面绿化和景观条件对通风口的组合形式和风口面积、间距进行优化，得到较优的通风口布置形式。

(3)实际隧道通风效果评估

搭建小尺寸比例模型对实际隧道在运营工况下通风规律进行研究，对数值模拟结果进行验证，并提出最佳设计方案及其优化参数。