[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

摘要

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。

主权项

1.一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；公式(1)的确定方法如下：a)公路隧道内烟尘流量的通用计算式如公式(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，无量纲数；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；b)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烟尘流量的综合影响因子的函数；其中，烟尘流量的综合影响因子的计算公式如公式(6)：c)具体应用公式(6)，得到上游风流的烟尘浓度计算式如公式(7)：式中：L₁为上游隧道的长度，m；Q_r为从隧道入口引入的外界新风量，m³/s；d)分风比的计算：分风比按式(8)确定：式中：Q为分流至循环风道引风段的风流风量，m³/s；根据质量守恒原理，则隧道短道中并联风流的风量的计算公式如公式(9)：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；e)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，如公式(12)：Q_s2(VI)＝C·L_s   (12)式中：Q_s2(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(9)、(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(1)：2)计算隧道短道长度极值：a)设隧道通风设计的烟尘容许浓度为δ，当满足δ₁<δ₂≤δ时，则满足通风设计的要求，由公式(1)，得到公式(2)：式中：δ为通风设计的烟尘容许浓度，m^‑1；b)公式(2)中，隧道短道的长度达到隧道短道长度极值时，δ₂＝δ，并用L_sc替换L_s，则得到隧道短道长度极值判定式，如公式(3)：式中：L_sc隧道短道长度极值，m；公式(3)表明，当隧道短道的长度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。