一种带匝道的城市隧道通风试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种隧道通风试验装置，具体设及一种带应道的城市隧道通风试验装 置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着城市化进程加快，城市人口超饱和，建筑空间拥挤，城市绿化减少，交 通压力越来越大，交通拥挤已成为我国众多城市的突出问题。为了解决城市交通拥挤问题， 立体使用空间成为一个发展趋势，城市隧道作为地面道路的延伸和补充，因具有易于规划、 建设工期短、建设成本低、便于与现有地面交通系统衔接、有效改善城市环境等特点而被广 泛应用。国外已建有的大型城市隧道群如美国波±顿中央大道隧道、日本东京中央环线隧 道、法国A86地下道路系统、W及马德里M30隧道群等工程已经作为城市道路重要的组成 部分而进行统一规划，并能与城市内有轨交通、城市地面公路、市区外公路等众多交通系统 相互协调工作，在缓解交通压力、节约城市±地、改善区域整体环境等方面发挥了显著的作 用。在国内近年来也涌现出大量城市隧道，如上海延安东路隧道，杭州新城隧道，重庆嘉华 大坪隧道，W及苏州南环路隧道，等等。
[0003] 隧道是一个相对封闭的特殊路段，当车辆在隧道内行驶时，排放的废气（如CO、NOy 等）、烟雾和扬起的粉尘会在隧道内聚集，不仅影响隧道内通行人员的健康，而且会降低空 气能见度，危及行车安全。为了将废气和烟雾等控制在容许的浓度限度内，必须采用机械通 风的方法稀释污染物浓度，W维持隧道内的空气环境质量。但城市隧道的通风问题较其它 隧道更为复杂。一方面，城市隧道多建在车流量大、人流密度大、建筑密集的城市中屯、地区， 废气被隧道"收集"后集中在一个小范围内（如响口、风塔或排风口等）排放，势必"额外" 加重了该局部区域的污染。因此，如何通过高效、合理的通风设计W减小排污口局部区域的 环境负担，在确保隧道内空气环境质量的同时，兼顾隧道外的局部区域环境，解决好城市隧 道废气排放与大气环境影响、周围区域规划之间的矛盾，是城市隧道通风排污面临的一大 技术难题。另一方面，城市隧道W缓解城市中屯、局部节点交通拥挤为主要目的，通过地面交 叉口实现交通立体分流。因此往往设计有较长的设置独立射流风机的进、出口应道。应道 的存在不仅使得原本简单的纵向通风串联系统变成复杂的串并联系统，更使得隧道内的空 气流动由简单的定质量流演变为具有分汇流项的变质量流。此外，应道在分流空气的同时， 也分流了一部分隧道内的污染物，从而使得主线隧道出响口和应道出响口的排污量难W确 定。而现行隧道通风设计规范并未提供针对带应道隧道串并联通风系统空气变质量流动和 压力平衡特性的通风计算方法，该大大增加了城市隧道通风设计和运营控制的难度。而比 尺模型试验无疑是回答并解决该些问题最直观和可靠的方法之一。
[0004] 随着我国道路交通建设的迅速发展，城市隧道的建设规模及数量也越来越大，隧 道通风对隧道内、外环境的影响极其重要，且隧道通风所耗费的电力占了隧道日常运行成 本的一半W上。因此，对城市隧道通风规律的基础研究，具有重大的节能和环保意义，该需 要大量的实验来总结规律。目前在城市隧道通风试验平台的搭建中，存在W下问题：
[0005] (1)鲜有设及带有应道的隧道通风实验平台，所W无法进行应道角度对通风和排 污的影响的实验；而应道与主隧道之间的夹角，隧道应道与主线的连接位置等因素，对流动 的影响非常大。实际工程中，应道可能W任意夹角连接于主线隧道的任意位置，而针对每个 夹角设计一套实验平台的成本非常高，周期长，且不同的平台之间导致的误差大，不利于实 验结果的比对。
[0006] (2)随季节的变化，隧道内部和外部的温差变化很大，并且，主隧道和应道出口海 高差不同，也会导致隧道内外的压力不同；同时，隧道外环境风向、风力的变化，对隧道内外 背压的变化也非常大；不同的隧道出口在海拔高度上的变化，也会带来出口背压的影响； 目前的实验平台没有能对出口背压对隧道内通风的影响进行模拟实验的。
[0007] (3)实验平台中普遍需要使用数量众多的风速传感器和压力传感器，W获得隧道 内不同特征位置处的风速和压力变化，而该些传感器本身对试验隧道内空气流动的干扰非 常大，必然在一定程度上影响实验结果。
【发明内容】
[000引本发明提供了一种带应道的城市隧道通风试验装置，W解决现有的隧道通风实验 平台难W评价应道角度对主隧道通风和排污的影响的问题。
[0009] 一种带应道的城市隧道通风试验装置，包括主隧道W及应道，所述应道通过柔性 连接管与主隧道相连。
[0010] 将主隧道与应道之间通过柔性连接管连接，即可随时、任意地调整应道与主隧道 之间的夹角，从而在同一城市隧道通风试验装置中评价应道角度对主隧道通风和排污的影 响，不仅节约了模型的制作成本、缩短了制作周期，而且最大程度地降低了评价误差，保证 评价结果的准确性。
[0011] 本领域技术人员通常认为城市隧道通风试验装置中，隧道内表面的粗趟度对阻力 损失的影响极其重要，所W必须用硬质材质做隧道主体，通过在隧道内表面黏贴砂纸来模 拟其粗趟度。
[0012] 但经本发明研究表明，应道分叉口处的阻力损失W局部阻力损失为主，而局部阻 力损失主要受主隧道与应道的断面面积比和应道分流比的影响，其次才受主隧道内表面粗 趟度的影响，前者的影响比后者要大得多。
[0013] 应道的阻力特性是决定应道分流能力的关键。其中，分叉口局部损失系数是影响 阻力特性的关键，其主要受隧道断面结构形状、主隧道和应道的断面面积比、应道分流比等 因素的影响。如此多的变量存在很难总结各个变量对整体的影响规律。我们通过大量实验 表明，当主隧道的几何比尺A 1在1:10?1:22之间、主隧道和应道的断面面积比在1?3 之间、应道与主隧道的夹角在r?90°范围内，分叉口局部损失系数会在0.05?6之间， 可用缩小的实验平台模拟实际隧道。因此，本发明适用条件是实际隧道与实验平台的几何 比尺为1〇< A 1<22,主隧道与应道的断面面积比为（1?3) : 1。
[0014] 作为优选，所述柔性连接管采用橡胶材料制成，柔性连接管的内表面为光面。试验 发现，当主隧道的几何比尺为1〇< A 1<22时，若通风速率大于Im/s，光滑柔性连接管的沿程 阻力系数在0. 017?0. 02之间。
[0015] 作为进一步优选，所述柔性连接管的长度小于应道长度的1/8。此时，柔性连接管 对应道阻力的影响占总压力损失的2% W内。作为进一步优选，所述柔性连接管内带有螺旋 状的钢丝。如此不仅可W使柔性连接管保持固定形状，还使得柔性连接管对应道阻力的影 响较2 %更小。
[0016] 根据流体力学的原理，出口背压对隧道内流量分配、压力平衡都具有显著的影响。 为研究隧道出口的压力变化对隧道通风的影响，所述主隧道和应道的出口端均外接有背压 管。通过调节背压管的长度实现隧道出口压力的变化，从而可W在各种不同的环境压力 (背压）组合下进行实验，测试环境压力变化对隧道内通风情况的影响。
[0017] 本发明中，所述主隧道上安装有沿主隧道长度方向分布的若干组传感器，每组传 感器包括至少一个风速传感器和至少一个压力计。
[0018] 在W往城市隧道通风试验装置的构建中，普遍认为主隧道的中轴面因其处在隧道 结构的对称中屯、，使得该处的流体流动具有对称性，是传感器安装的最佳位置。但申请人 发现，风速传感器和压力计的直径一般在0. 5?1. 5畑1，在模型中所占的尺寸较大，尤其是 当风速传感器和压力计在同一流线上排布时，会严重干扰主隧道中轴面上的流态分布，甚 至产生卡口祸街，该使得的传感器测得的流速、压力数据有很大的误差，甚至得出错误的结 论。
[0019] 因此，本发明中，各风速传感器和压力计的采样区域处在主隧道断面的中屯、区域， 且同属一组的风速传感器和压力计错位布置。错位布置使得风速传感器和压力计的区域在 同一流线上不相重合。相邻两组传感器若安装距离较近，则相邻组的所有风速传感器和压 力计的采样端均应错位布置。
[0020] 申请人还发现，在城市隧道通风试验装置中，在端流状态下，流体的速度剖面在离 开壁面一段距离，超过流动边界层后，流体的速度、压力等物理参量非常接近。大量实验分 析发现，只要离开壁面l/6*w(w为流道的宽度）后，传感器所测量到的数值基本接近。
[0021] 因此，作为优选，所述中屯、区域的形状与主隧道断面形状相似，中屯、区域与主隧道 断面的面积之比为1: (4?16)。作为进一步优选，中屯、区域与主隧道断面的面积之比为 1:9。在该中屯、区域内，各传感器交错安装，保证采样区域在同一流线上不相重合，得到的测 量结果是准确的，而且避免了因大量传感器都安装在中轴面上而影响中轴面上的流态。
[0022] 本发明中，所述主隧道W及应道上安装有若干射流喷嘴，每一射流喷嘴均包括用 于向隧道（包括主隧道和应道，下同）内送风的射流管组W及用于将隧道内空气排出的抽 气管组；
[0023] 同一射流喷嘴中，所述射流管组和抽气管组在隧道内的开口水平相背设置。
[0024] 该射流喷嘴用于模拟实际隧道中的射流风机，其尺寸为实际射流风机按几何比尺 入1的缩小。通过射流管喷射出的高速气流的射流诱导增压作用，带动整个模型隧道内空气 流动，形成沿隧道延伸方向的纵向风流。
[0025] 作为优选，所述抽气管组包括抽气总管W及接入抽气总管的至少两根抽气支管， 抽气总管与外置的高压离屯、风机的进气管相连，抽气支管的进气端伸入隧道内；
[0026] 所述射流管组包括射流总管W及接入射流总管的至少两根射流支管，射流总管与 外置的高压离屯、风机的出气管相连，射流支管的出气端伸入隧道内。
[0027] 作为进一步优选，各抽气支管和各射流支管上均安装有调节阀。通过更改调节阀 的开度，确保各射流支管和抽气支管的风量一致（及风速一致）。同时，连接抽气管和射流 管的高压离屯、风机由变频控制器控制，通过调节运行频率使射流支管喷射出不同流速的气 体，从而控制模型隧道内的空气流速。
[002引本发明的隧道通风试验装置中还设有示踪气体跟踪机构，所述示踪气体跟踪机构 包括：<