出入口有匝道的公路隧道风机设置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及公路隧道营运通风系统技术领域，尤其是涉及一种计算速度快、计算 精度高、有效节省建设成本的出入口有匝道的公路隧道风机设置方法。
【背景技术】
[0002] 公路隧道通风有自然通风和机械通风两类。如果隧道短时，废气能利用交通活塞 风自行排出，可采用自然通风，通常双向交通隧道长度(m)X设计交通量(辆/h) <6X105 时，及单向交通隧道长度(m)X设计交通量(辆/h)<2X 106时，可采用自然通风，其它情况 宜采用机械通风。机械通风采用风机将隧道内废气强制排出，其通风方式目前分类有:纵向 通风、半横向通风、横向通风三大类以及在这三种基本方式基础上的组合通风方式。
[0003] 通常的公路隧道的竖井上的轴流风机和隧道内射流风机设置的数量及工作参数 的计算过程都非常复杂，需要花费大量和计算费用，导致建设成本的增加。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的是为了克服现有技术中选定轴流风机和送风轴流风机计算周 期长，计算成本高，建设成本高的不足，提供了一种计算速度快、计算精度高、有效节省建设 成本的出入口有匝道的公路隧道风机设置方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种出入口有匝道的公路隧道风机设置方法，所述公路隧道包括入口匝道段、n-1 个依次排列的中间段和出口匝道段，入口匝道段包括入口主干道和与入口主干道夹角为β 的入口匝道，出口匝道段包括出口主干道和与出口主干道夹角为α的出口匝道;每对相邻中 间段交界处均设有一个竖井，各个竖井和各个中间段均按照从公路隧道入口至出口的顺序 依次编号;在入口主干道、入口匝道、各个中间段、出口匝道、出口主干道上均设置C0浓度检 测装置;包括如下步骤：
[0007] (1-1)计算机中设有入口主干道断面积为Arl，空气压力为ρ1;入口匝道断面积为 Abl，空气压力为plzd;入口主干道和入口匝道汇合处的断面积均为Ar2，空气压力为ρ 2;出口主 干道断面积为Ar(n+1)，空气压力为p(n+1);出口主干道和出口匝道分叉处的断面积为A rn，压力 为pn;出口匝道的断面积为Aen，空气压力为p2zd;入口主干道的空气流量Q rl，入口主干道和入 口匝道汇合处的空气流量Qr2，入口匝道的空气流量Qbl;出口主干道和出口匝道分叉处的空 气流量Qrn，出口匝道的空气流量Qen，出口主干道的空气流量Qr(n +1);
[0008] (1-1-1)建立第一动量方程：
[0009] ArlPl+AblPlzdCOS0-Ar2P2 = PQr2Vr2-pKblQblVblCOsP-pQrlVrl,
[0010] 其中，P为空气密度系数，Kbl为入口匝道与入口主干道连接处的送风口升压动量系 数；
[0011] 计算机利用公式
[0012]
计算入口主干道的空气流速vrl，入口主干道和入口匝 道汇合处的空气流速Vr2，入口匝道的空气流速Vbl;
[001 3] 计算机使Plzd = P1，将Vrl、Vr2和Vbl代入第一动量方程，整理后得到入口匝道段送风 压力增量Apbi:
[0014]
[0015] (1-1-2)建立第二动量方程
[0016] ArnPn-A en P2zdCOSQ-Ar(n+l)P(n+l) - PQr(n+l)Vr(n+l)+PKenQenVenCOSCI_pQrnVrn ;
[0017]其中，Ken为出口匝道与主干道连接排风口升压动量系数；
[0018] 计算机利用公式
[0019]
十算出口主干道和出口匝道分叉处空气流速 Vrn，出口阻道空气流速Ven，出口主干道的空气流速Vn(n+1);
[0020] 计算机使p2zd=p(n+1)，将Vrl、 Vr2和Vbl代入第二动量方程，整理后得到出口匝道段的 排风压力增量Δ Pen:
[002
1234
[0022] (1-1-3)计算机设定
2 3
[0025]其中，△ pel为第i个竖井的排风口升压力，Λ Pbl为第i个竖井的送风口升压力，i = 1，···，n_2; 4 Qri为第i个竖井的空气流量，Ari为第i个中间段的主干道断面积，vri为第i个中间 段的空气流速，Vr(1+1)为第i+Ι个中间段的空气流速，Ar( 1+1)为第i+Ι个中间段的断面积，ΔΡ(31 为第i个竖井的排风口升压力，Qel为第i个竖井的排风口排风量，Qn为第i个中间段的空气 流量，Kei为第i个竖井的排风口升压动量系数， Ve3i为第i个竖井的排风口空气流速，Qbi为第i 个竖井的送风口送风量，Qr(1+1)为第i+1个中间段的空气流量，Kbl为第i个竖井的送风口升压 动量系数，v bl为第i个竖井的送风口空气流速，队为第i个竖井的送风通道与公路隧道顶部 的夹角；
[0027]
[0028] 其中，&为第1个竖井底部的空气浓度比，Ci为第i个竖井底部的空气浓度比，匕+1为 第i+Ι个竖井底部的空气浓度比，Q reql为入口主干道的需风量，Qreql与入口主干道检测的C0 浓度成正比，Qreq(i + 1)为第i + Ι个中间段的需风量，Qreq(i + 1)与第i + Ι个中间段检测的C0浓度成 正比，Cbi为第i个竖井的送风浓度比；
[0029]
_，其中，Cbl为入口匝道的空气浓度比， Qreqlzd为入口匝道的需风量，Qreqlzd与入口匝道检测的C0浓度成正比，C( n-2)为第n-2个竖井底 部的空气浓度比，Qreq2Zd为出口匝道的需风量，Qreq2zd与出口匝道检测的C0浓度成正比，C 2zd 出口匝道的空气浓度比；
[0030] Qbi · (l-Cbi)=Qreq(i+i)-(Qri-Qei) · (1-Ci);
[0031] (1-2)计算机计算入口隧道段的送风量的初值(^及入口隧道段风量初值
[0032]
[0033] m表示入口匝道段与首个送风量待定的竖井之间送风量已定竖井的个数；
[0034] Qreql为第j个中间段的需风量；
[0035] Qbj为第j个竖井的送风量；
[0036] (?为第j个竖井的送风浓度比；
[0037]判断入口匝道段与首个送风量待定的竖井中所有竖井底部的空气浓度比C值，若 有任意一竖井底部的空气浓度比C>1，则不断增加入口匝道段的送风量，直至所有的竖井 底部的空气浓度比C均< 1时得到Qb〇,使Qrl = Qb0;
[0038]当m>0时，计算第2至第m+Ι个中间段的Qr及Vr，其中Qr利用递推公式Qr(j+l) = Qrj-Qej+Qbj 获得；
[0039] 判断C时：
[0040] 顺序号为1的竖井底部的空气浓度比G V! |
[0041] 顺序号>1的竖井底部的空气浓度比，采用如下公式求解：
[0042]
[0043] (1-3)计算机计算下一个送风量待定竖井的送风量初值Ql，若当前送风量待定竖 井的顺序号为i，则：
[0044]
[0045] 其中，Qre3qj为第j个中间段的需风量，Qsfi为第i个竖井底部气流中的等效新鲜空气 量，QW为第j个竖井的送风量，(?为第j个竖井的送风浓度比，π/表示当前送风量待定竖井 与其前方首个送风量待定竖井之间送风量已定竖井的个数；
[0046]判断当前送风量待定竖井前方至首个送风量待定竖井中所有竖井底部的空气浓 度比C值，若有任意一竖井底部的空气浓度比C>1，则不断增加当前送风量待定竖井的送风 量，直至所有的竖井底部的空气浓度比C均< 1时得到Qbi;
[0047]计算第i+Ι至i+n/ +1个中间段的Qr及Vr;
[0048] 判断C时采用公式
-求解；
[0049] (1-4)计算机循环步骤（1-3)，直至得到从入口匝道段至出口匝道段所有竖井的送 风量Q b，入口匝道段、出口匝道段和所有中间段的Qr及Vr;
[0050] (1-5)计算机计算入口匝道段、出口匝道段和所有中间段的压力△ Pl及所需射流 风机台数J1;
[0051] (1-6)确定各个竖井内轴流风机参数和隧道内射流风机参数，返回步骤（1-1)，用 得到的风机参数代替步骤(1-1)中预设的风机参数；
[0052] (1-7)计算机循环步骤（1-1)至（1-6)直至确定入口匝道段、出口匝道段和所有中 间段合理的轴流风机及射流风机参数，安装轴流风机及射流风机。
[0053]确定合理的轴流风机及射流风机参数时，从安全性和经济性考虑，合理因素主要 有:对于每个竖井的送风，选取轴流风机送风量Qb不低于且尽量靠近根据步骤（1-4)得到的 该竖井的送风量Q b;对于每个竖井的排风，选取轴流风机排风量Qe;首先使每个隧道区段满 足设计风速10米/秒，选取较大排风量的轴流风机可以减少射流风机安装台数，但上限 是在竖井底部不造成空气回流;隧道内射流风机台数要能安装得下。此外还可以从造价、运 营和维护成本等方面考虑安装排风用轴流风机与安装多台射流风机之间的选择。综合考虑 的因素还有如交通量变化、正常交通与阻滞交通、单向交通与双向交通、火灾排烟等情况在 不同年限需要安装