[發明專利]用于特長公路隧道閉式通風系統的下游隧道長度極值確定方法

有效

• 申請號: 201810902148.2
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109026114B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 陳世強;劉純玉;王海橋;田峰;郝小禮;李石林;陳永平;吳世先
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E21F1/00
• 分類號: E21F1/00;E21F1/02;E21F5/20
• 代理公司: 43108 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 宋向紅<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種用于特長公路隧道閉式通風系統的下游隧道長度極值確定方法，所述的特長公路隧道閉式通風系統包括設置于隧道旁通隧洞且平行于隧道的循環風道，隧道入口至循環風道的引風段之間是上游隧道，循環風道的引射段至隧道出口之間是下游隧道，循環風道通過其兩端的引風段和引射段與隧道連通，上游隧道與下游隧道之間是隧道短道；循環風道內設有除塵器；

包括如下步驟：

1)計算凈化后循環風流的煙塵流量，其計算公式如公式(1)：

Q_η(VI)＝δ₁Q(1-η)＝δ₁·e·Q_r(1-η)＝C·L₁·e·(1-η) (1)

式中：Q_η(VI)為循環風流的煙塵流量，m²/s；δ₁為上游風流的煙塵濃度，m^-1；C為煙塵流量綜合影響因子，m/s；L₁為上游隧道長度，m；Q_r為從隧道入口引入的外界新鮮風流風量，m³/s；Q為流入除塵器循環風流的風量，m³/s；e為分風比，無量綱數；η為除塵器煙塵除去效率，％；

2)計算凈化后循環風流與隧道短道的并聯風流匯合時的煙塵濃度：

a)計算隧道短道的并聯風流產生的煙氣流量，其計算公式如公式(2)：

Q_s1(VI)+Q_ss(VI)＝δ₁·(1-e)·Q_r+C·L_s (2)

式中：Q_s1(VI)為來自上游風流的煙塵流量，m²/s；Q_ss(VI)為隧道短道的并聯風流中新增的煙塵流量，m²/s；L_s為隧道短道的長度，m；

b)計算凈化后循環風流與并聯風流匯合后的煙塵濃度：

根據物理學基礎原理，凈化后循環風流與并聯風流匯合后的煙氣濃度，其計算公式如公式(3)：

式中：δ₃為凈化后循環風流與并聯風流匯合后的煙氣濃度，m^-1；

公式(1)、(2)和(3)的確定方法如下：

a)公路隧道內煙塵流量的計算，其計算公式如公式(8)：

式中：Q_VI為隧道煙塵流量，m²/s；q_VI為煙塵基準排放量，m²/(veh·km)；f_a(VI)為考慮煙塵的車況系數，無量綱數；f_d為車密度系數，無量綱數；f_h(VI)為考慮煙塵的海拔高度系數，無量綱；f_iv(VI)為考慮煙塵的縱坡-車速系數，無量綱數；n_D為柴油車車型類別數，無量綱數；N_m為相應車型的交通量，veh/h；f_m(VI)為考慮煙塵的柴油車車型系數，無量綱數；L為隧道長度，m；

b)在公式(8)中，當基準排放量不變，以及車況、車密度、坡度、車速、柴油車車型無量綱數不變，且能忽略海拔變化所產生影響的情況下，則，隧道煙塵流量是隧道長度和煙塵流量的綜合影響因子的函數；其中，綜合影響因子的計算公式如公式(9)：

c)具體應用公式(9)，得到上游風流的煙塵濃度計算式如公式(10)：

d)分風比的計算：

分風比按公式(11)確定：

式中：Q為分流至循環風道引風段的風流風量，即分流至循環風道的風流風量；m³/s；

e)計算凈化后循環風流的煙塵流量:

凈化后循環風流的煙塵流量是流經了循環風道中除塵器的風流中的煙塵流量，即是處理后循環風流中的煙塵流量，計算公式如公式(12)：

Q_η(VI)＝δ₁Q_η(1-η) (12)

式中：Q_η為流入除塵器循環風流的風量，因為閉式通風系統沒有排風豎井，因此Q_η＝Q；

把公式(10)、(11)及Q_η＝Q，代入公式(12)，得公式(1)：

Q_η(VI)＝δ₁Q(1-η)＝δ₁·e·Q_r(1-η)＝C·L₁·e·(1-η) (1)

根據質量守恒原理及公式(12)，則隧道短道中并聯風流的風量，其計算公式如公式(13)：

Q_s＝(1-e)·Q_r (13)

式中：Q_s為隧道短道的并聯風流的風流風量，m³/s；

f)隧道短道的并聯風流的煙塵濃度計算：

隧道短道的并聯風流的煙塵來自兩部分，其一，上游風流攜帶過來的煙塵；其二，在隧道短道內行駛的車輛排放而產生的煙塵量；其中，影響隧道短道的并聯風流煙塵流量的上游風流攜帶量計算式如公式(14)：

Q_s1(VI)＝δ₁Q_s (14)

把公式(13)代入公式(14)，得公式(15)：

Q_s1(VI)＝δ₁(1-e)Q_r (15)

此外，在隧道短道內行駛的車輛排放而形成的煙塵量計算，如公式(16)：

Q_ss(VI)＝C·L_s (16)

由公式(15)和公式(16)，可得公式(2)：

Q_s1(VI)+Q_ss(VI)＝δ₁·(1-e)·Q_r+C·L_s (2)

根據物理學基本原理，應用公式(13)和公式(2)，隧道短道的并聯風流的煙塵濃度計算如公式(17)：

式中：δ₂為隧道短道的并聯風流的煙塵濃度，m^-1；

g)凈化后循環風流與隧道短道的并聯風流匯合時的煙塵濃度計算：

根據物理學基礎原理，處理后循環風流與隧道短道的并聯風流匯合時的煙氣濃度，其計算公式如公式(18)：

把公式(14)、公式(15)和公式(1)，代入公式(18)，得到公式(3)：

式中：δ₃為處理后循環風流與隧道短道的并聯風流匯合的煙塵濃度，m^-1；

3)計算新增的下游風流煙塵流量，其計算公式如公式(4)；

Q_s2(VI)＝C·L₂ (4)

式中：Q_s2(VI)為新增的下游風流煙塵流量，m²/s；L₂為下游隧道長度，m；

4)計算下游風流的煙塵濃度，其計算公式如公式(5)：

式中：δ_3c為下游風流煙塵濃度，m^-1；

5)計算下游隧道長度極值：

a)設隧道通風設計的煙塵容許濃度為δ，當滿足δ₃＜δ_3c≤δ時，則滿足通風設計的要求，由公式(4)和公式(5)，得到公式(6)：

式中：δ為通風設計的煙塵容許濃度，m^-1；

b)在公式(6)中，當δ_3c＝δ時，并用L_2c替換L₂，得到下游隧道長度極值計算式如公式(7)：

公式(7)表明：當下游隧道的長度大于下游隧道長度極值時，下游風流的煙塵濃度超過容許濃度，下游隧道內的車輛不安全。