[发明专利]用于特长公路隧道循环通风系统的隧道短道长度极值方法

说明书

本发明公开了一种用于特长公路隧道循环通风系统的隧道短道长度极值方法，包括如下步骤：1）计算循环风流的并联风流的烟尘浓度；2）计算隧道短道长度极值。隧道短道长度极值计算公式表明，当隧道短道的长度等于或者大于隧道短道长度极值时，隧道短道的并联风流烟尘浓度超过容许浓度，行驶在隧道短道内的车辆不安全。本发明能用于特长公路隧道循环通风系统的隧道短道长度极值的确定，能避免隧道长度、断面尺度等有量纲数参数的繁琐计算，或者通风系统网络解算，或者庞杂费时的计算流体动力学数值仿真，迅速快捷确定出隧道短道长度极值，确保行驶在隧道内车辆的安全。

技术领域

本发明属于隧道防灾减灾技术领域，具体涉及一种用于特长公路隧道循环通风系统的隧道短道长度极值方法。

背景技术

公路隧道是半陷或者浅埋的狭长空间，治理隧道内行驶的汽车所产生的烟尘等污染物，一直是业界关注的重要问题。一般采用机械通风的方法，稀释烟尘和CO等污染物，污风排至隧道外环境，并且属于直流式系统方案。长距离或者特长距离公路隧道的通风系统，必须配合通风竖井，才能满足隧道内稀释污染物的用风需求。特长公路隧道通风具体涉及竖井开挖位置、通风机、射流风机群和风道等影响因素的优化，是行业内的前沿问题。

目前，将外界新鲜空气引入隧道，稀释车辆排放的污染物，然后将污风排出洞外，这是能耗高的传统隧道通风。采用竖井分段送风，引入外界新鲜空气，稀释特长隧道内的污染物，并确保其浓度在安全值以内，最后，通过分段竖井排出污风；Kwa G S和夏永旭等实践了常用的竖井分段送排风隧道通风系统。对于隧道中行车形成的交通风，方磊和Wang等应用模型试验的方法，得出了送风口与隧道行车方向宜取6°，而排风口与隧道行车方向的夹角应不大于30°；继而，方磊等明确指出通风井送排式纵向通风系统一直存在土建费用及运行能耗大的问题。针对通风井工程造价高或者无设置条件的特长隧道，利用上下行线通风负荷不均匀特性，Berner等首次提出了双洞互补通风；利用模型实验和数值仿真，张光鹏验证和校核了设计参数，并把双洞互补式通风应用于锦屏隧道中；通过实验实测，王亚琼等深入研究了双洞互补式通风下的隧道内流场，进一步论证了该通风方式的可行性，并且一般情况下双洞互补通风方式适用于4km～7km的公路隧道。但是，特长隧道通风成本高和竖井开挖位置受地质、城市规划制约等问题，依然突出，并且用于特长公路隧道可控循环通风隧道短道长度的极值方法尚未形成。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种能够迅速快捷完成特长公路隧道循环通风系统实施的预评估的用于特长公路隧道循环通风系统的隧道短道长度极值方法。

本发明采用的技术方案是：一种用于特长公路隧道循环通风系统的隧道短道长度极值方法，所述的特长公路隧道循环通风系统包括循环风道、可调附属结构；可调附属结构包括与循环风道连通的排风竖井和送风竖井；所述的循环风道设置在隧道的旁通隧洞，循环风道的两端分别通过引风段和引射段与隧道连通；所述的循环风道内设有除尘器；隧道入口至引风段之间部分为上游隧道，引风段与引射段之间的部分为隧道短道，引射段与隧道出口之间的部分为下游隧道；

包括如下步骤：

1)计算循环风流的并联风流的烟尘浓度：

根据物理学基本原理，并联风流的烟尘浓度是在上游风流烟尘浓度的基础上加上隧道短道内的新增烟尘浓度，则并联风流的烟尘浓度计算式如公式(1)：

式中：δ₂为并联风流的烟尘浓度，m^-1；δ₁为上游风流的烟尘浓度，m^-1；C为烟尘流量的综合影响因子，m/s；L_s为循环风道的隧道短道的长度，m；e为分风比，无量纲数；Q_r为从隧道入口引入的外界新风量，m³/s；

2)计算隧道短道长度极值：