[发明专利]公路隧道闭式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法

权利要求书

1.一种公路隧道闭式通风系统的除尘器临界有效风量判定方法，所述的公路隧道闭式通风系统包括设置于隧道旁通隧洞且平行于隧道的循环风道，隧道入口至循环风道的引风段之间是上游隧道，循环风道的引射段至隧道出口之间是下游隧道，循环风道通过其两端的引风段和引射段与隧道连通，上游隧道与下游隧道之间是隧道短道；循环风道内设有除尘器；

包括如下步骤：

1)计算除尘器临界有效风量系数如公式(1)：

式中：ω_c为临界有效风量系数，无量纲数；δ_1c为上游风流的临界烟尘浓度，m^-1；δ为通风设计的烟尘容许浓度，m^-1；

2)计算上游风流的临界烟尘浓度：

在满足通风设计要求的前提下，当隧道短道的并联风流烟尘浓度与隧道通风设计的烟尘容许浓度为δ相等时，即δ_s＝δ时，上游风流的临界烟尘浓度计算公式如公式(2)：

式中：δ_s为隧道短道的并联风流烟尘浓度，m^-1；C为烟尘流量综合影响因子，m/s；L_s为隧道短道的长度，m；e为分风比，无量纲数；

3)计算流入除尘器的未净化循环风流风量：

根据物理学中的质量守恒原理，未净化循环风流风量按公式(3)计算：

Q＝e·Q_r (3)

式中：Q为流入除尘器的未净化循环风流风量，m³/s；Q_r为从隧道入口引入的外界新鲜风流风量，m³/s；

公式(1)、(2)和(3)的确定方法如下：

a)根据现有工程计算方法，得到隧道烟尘流量计算式，具体计算如公式(5)：

式中：Q_VI为隧道烟尘流量，m²/s；q_VI为烟尘基准排放量，m²/(veh·km)；f_a(VI)为考虑烟尘的车况系数，无量纲数；f_d为车密度系数，无量纲数；f_h(VI)为考虑烟尘的海拔高度系数，无量纲；f_iv(VI)为考虑烟尘的纵坡-车速系数，无量纲数；n_D为柴油车车型类别数，无量纲数；N_m为相应车型的交通量，veh/h；f_m(VI)为考虑烟尘的柴油车车型系数，无量纲数；L为隧道长度，m；

在公式(5)中，当基准排放量不变，以及车况、车密度、坡度、车速、柴油车车型无量纲数不变，且能忽略海拔变化所产生影响的情况下，则，隧道烟尘流量是隧道长度和综合影响因子的函数；其中，综合影响因子的计算公式如公式(6)：

b)应用公式(5)和(6)，并设上游隧道长度为L₁，则流经了上游隧道后的上游风流烟尘浓度计算式如公式(7)：

式中：δ₁为上游风流的烟尘浓度，m^-1；L₁为上游隧道长度，m；

c)分风比的计算：

分风比按式(8)确定：

将公式(8)变形，得到公式(3)：

Q＝e·Q_r (3)

根据质量守恒原理，则隧道短道中并联风流的风量为：

Q_s＝(1-e)·Q_r (9)

式中：Q_s为隧道短道的并联风流风量，m³/s；

d)隧道短道的并联风流的烟尘浓度计算：

隧道短道的并联风流的烟尘来自两部分，其一，上游风流携带过来的烟尘；其二，在隧道短道内行驶的车辆排放而产生的烟尘量；其中，影响隧道短道的并联风流烟尘流量的上游风流携带量按公式(10)确定：

Q_s1(VI)＝δ₁Q_s (10)

式中：Q_s1(VI)为来自上游风流的烟尘流量，m²/s；

把公式(9)代入公式(10)，得公式(11)：

Q_s1(VI)＝δ₁(1-e)Q_r (11)

此外，在隧道短道内行驶的车辆排放而形成的烟尘量计算，如下式：

Q_ss(VI)＝C·L_s (12)

式中：Q_ss(VI)为隧道短道的并联风流中新增的烟尘流量，m²/s；

根据物理学基本原理，应用公式(11)和公式(12)，得到隧道短道的并联风流的烟尘浓度计算公式(13)：

e)除尘器有效风量系数计算：

为了表征循环风流烟尘浓度对除尘器性能及其极限利用的影响，定义有效风量系数为流入除尘器未净化循环风流的烟尘浓度即上游风流的烟尘浓度与烟尘浓度设计容许值的比值，如公式(14)所示：

式中：ω为有效风量系数，无量纲数；

f)上游风流临界烟尘浓度与除尘器临界有效风量系数计算：

在满足通风设计要求的前提下，设隧道通风设计的烟尘容许浓度为δ，当满足δ_s＝δ时，应用式(13)并将之变形，用δ_1c替换δ₁，得到上游风流的临界烟尘浓度计算式如公式(2)：

在式(14)中，用δ_1c替换δ₁，用ω_c替换ω，则得到除尘器临界有效风量系数计算式如式(1)：

4)由公式(1)、公式(2)和公式(3)，得到流入除尘器的有效风量临界值计算式如公式(4)：

式中：Q_ωc为临界有效风量，m³/s；

公式(4)表明：当除尘器有效风量大于临界值后，隧道短道中的并联风流烟尘浓度超过容许浓度，继续行驶在该隧道短道内的车辆不安全。