利用气象资料获取特长无斜井隧道内自然风强度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于隧道工程技术领域，尤其涉及一种利用气象资料获取特长无斜井隧道 内自然风强度的方法。
【背景技术】
[0002] 隧道内的空气之所以能在隧道中运动而形成风流，是由于风流的起末点间存在着 能量差。这种能量差若是由通风机提供的，则称为机械通风；若是由隧道自然条件产生的， 则称为自然通风。
[0003] 实践表明，隧道自然风流受隧道内外自然条件的影响，大小及方向比较不稳定。因 此自然风压对隧道内机械通风系统的通风作用，有时表现为积极的一面，有时却表现为消 极的一面。
[0004] 特长隧道内自然风压的主要影响因素有隧道长度、隧道坡度情况、斜竖井位置及 高度、围岩的初始温度、隧道外大气温度及大气压力等。公路隧道通风规范应用等效风速来 考虑自然风压的作用，如下式所示：
[0005]
【主权项】
1. 一种利用气象资料获取特长无斜井隧道内自然风强度的方法，其特征在于，包括以 下步骤： 步骤S1、定性分析测量常规气象观测得到的各物理量对特长隧道内自然风压的影响程 度； 步骤S2、根据上述分析测量结果确定隧道洞口间的大气水平压梯度所产生的超静压 差、外界自然风吹至洞口时产生的风墙式压差以及隧道内外气温差引起的热位差为影响因 素，分别建立超静压差、风墙式压差以及热位差的计算函数； 步骤S3、以所述超静压差、风墙式压差以及热位差之和为隧道两洞口之间的综合压差， 根据通风阻力公式建立自然风风速的计算函数。
2. 如权利要求1所述的利用气象资料获取特长无斜井隧道内自然风强度的方法，其特 征在于，在步骤S2中，所述超静压差的计算函数为： 式中，Pa、Pa为隧道两洞口处测量得到的绝对静压，P 为隧道洞内大气密度，H为隧 道两洞口的高差。
3. 如权利要求2所述的利用气象资料获取特长无斜井隧道内自然风强度的方法，其特 征在于，在步骤S2中，所述风墙式压差的计算函数为：
式中，Vaa为隧道进洞口外大气自然风速（m/s) ;Vaa为隧道出洞口外大气自然风速（m/ s) ; a a为隧道进洞口自然风风向与隧道中线的夹角；α &为隧道出洞口自然风风向与隧道 中线的夹角；P at为隧道进洞口大气密度，P ??为隧道出洞口大气密度。
4. 如权利要求3所述的利用气象资料获取特长无斜井隧道内自然风强度的方法，其特 征在于，在步骤S2中，所述热位差的计算函数为： ΔΡ热=(P_P0)gH; 式中，P外界空气平均密度，P ^为洞内空气平均密度；H隧道两端洞口的高差。
5. 如权利要求4所述的利用气象资料获取特长无斜井隧道内自然风强度的方法，其特 征在于，在步骤S3中，所述自然风风速与超静压差、风墙式压差以及热位差的函数关系为：
式中，^为隧道内自然风风速；Pis为隧道进口的压强（Pa) ;Pa为隧道出口的压强（Pa); Pft为隧道内的空气密度（kg/m3) ;H为隧道两端洞口的高差（m) ;Vaa为隧道进洞口外大气 自然风速（m/s) ;Vaa为隧道出洞口外大气自然风速（m/s) ;Pa为隧道进洞口外大气密度 (kg/m3) ;P出为隧道出洞口外大气密度（kg/m3) ;α进为隧道进洞口自然风风向与隧道中线 的夹角；α &为隧道出洞口自然风风向与隧道中线的夹角；ξ e为隧道入口损失系数；λ ^为 隧道壁面摩阻损失系数；L为隧道长度（m)为隧道的断面当量直径（m)。
【专利摘要】本发明提供了一种利用气象资料获取特长无斜井隧道内自然风强度的方法，以具体的特长隧道为分析对象，根据气象站或现场测试所取得的气象资料及勘察资料，建立三维计算模型以及通过推导得到的理论公式，定性分析特长隧道内自然风压的各个影响因素，计算斜井及隧道内各区段在自然风压作用下产生的洞内自然风风速，确定利用气象资料计算自然风的计算方法。根据本发明的计算方法，采用自然风节能后效果非常明显。
【IPC分类】F04D27-00, G06F19-00
【公开号】CN104657578
【申请号】CN201410648349
【发明人】郭春, 王明年, 于丽, 刘大刚, 严涛, 孙志涛, 张云龙
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年11月14日