[发明专利]特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法

说明书

本发明公开了一种特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法。本发明方法主要是，首先，确定开式可控循环通风系统的节能系数计算式；再根据该计算式，求循环率对节能系数的一阶导数和二阶导数；根据高等数学中的极值原理，当二阶导数小于0，令一阶导数等于0，即得因变量最大值的自变量表达式，即得最优循环比计算式。相比常规送排风竖井通风方式，存在循环比使开式可控循环通风系统获得最大节能量，该循环比与循环风道摩擦风阻系数的当量系数、除尘器烟尘净化效率相关，利用公式能计算出不同除尘器烟尘净化效率和当量系数下最大节能系数所对应的循环比。

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开式可控循环通风的最优循环比计算方法。

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开式可控循环通风的最优循环比计算方法尚未形成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法，从而迅速快捷完成开式循环通风系统实施的预评估。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该特长公路隧道开式可控循环通风的最优循环比计算方法，是用于特长公路隧道开式可控循环通风系统的最优循环比计算；所述特长公路隧道开式可控循环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；循环风道的引风段亦与隧道旁通隧洞中设有的排风竖井的进口连通，排风竖井中设有排风风机；循环风道的引射段亦与隧道旁通隧洞中设有的送风竖井的出口连通，送风竖井中设有送风风机；

它包括如下步骤：

(一)确定开式可控循环通风系统的节能系数计算式如下：

式(1)中，τ为开式可控循环通风系统的节能系数，无量纲数；k为循环率，无量纲数；η除尘器烟尘净化效率，无量纲数；a为循环风道摩擦风阻系数的当量系数，无量纲数；

(二)开式可控循环通风系统中，循环率对节能系数的一阶导数计算式如下：

式(2)中，为k对τ的一阶偏导数，无量纲数；

(三)开式可控循环通风系统中，循环率对节能系数的二阶导数计算式如下：