[發(fā)明專利]一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910247813.3
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109918844B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁云飛;高焱;耿紀瑩;葛倩倩;桑海云;余文明;夏晶晶;周君;馮研;朱奇;胥明亮
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;E21F1/00;E21F17/103;G06F119/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立隧道混合氣體溫度場計算模型；

S2、獲取隧道外界年最低氣溫、外界年最大自然風(fēng)風(fēng)速、隧道基本參數(shù)和列車經(jīng)過隧道參數(shù)；所述列車經(jīng)過隧道參數(shù)包括列車通過隧道頻率及列車運行時速，所述隧道基本參數(shù)包括隧道內(nèi)圍巖地溫和隧道總長；

S3、根據(jù)隧道外界年最低氣溫計算隧道單側(cè)保溫層的設(shè)防長度；

S4、根據(jù)列車運行基本參數(shù)計算防寒門開啟時間和防寒門開啟時間段內(nèi)進入隧道內(nèi)的自然風(fēng)的風(fēng)量；

S5、根據(jù)隧道單側(cè)保溫層的設(shè)防長度計算隧道內(nèi)的空氣量和空氣混合后的溫度；

S6、根據(jù)圍巖地溫計算出圍巖體傳遞給隧道內(nèi)部混合空氣的熱量并換算為隧道內(nèi)部混合空氣增加的溫度差；

S7、根據(jù)防寒門開啟頻率進行三個月時長的隧道內(nèi)混合溫度計算，若混合溫度均大于零攝氏度，則該隧道采用防寒門進行保溫。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，所述隧道混合氣體溫度場計算模型包括洞內(nèi)外氣體溫度混合及圍巖體的熱傳導(dǎo)，所述列車運行基本參數(shù)包括列車設(shè)計最大運行速度、列車最短制動距離和列車長度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，步驟S3中，根據(jù)以下公式計算得到隧道單側(cè)保溫層設(shè)防長度y：

y＝-0.5853t²-46.183t+207.25

其中：t為隧道外界年最低氣溫，單位：℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，步驟S2中，進一步包括以下步驟：

①獲取通過隧道的列車的緊急制動距離及列車長度，計算出防寒門最短開啟時間；

②獲取隧道防寒門開啟的最短時間間隔；

③獲取隧道內(nèi)圍巖地溫溫度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，步驟S4中，根據(jù)以下公式計算得到防寒門開啟時間T：

其中：x為列車緊急制動距離，單位：m；x₁為列車長度，單位：m；v為列車速度，單位：m/s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，步驟S5中，根據(jù)以下公式計算由隧道外進入隧道內(nèi)的空氣量Q_外：

其中：t為防寒門開啟時間間隔，單位：s；H為隧道平均高度，單位：m；ω為進入隧道內(nèi)自然風(fēng)風(fēng)速，單位：m/s；B為隧道最大跨徑，單位：m。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，步驟S5中，根據(jù)以下公式計算隧道內(nèi)的空氣量Q_內(nèi)：

其中：H為隧道平均高度，單位：m；y為隧道兩端保溫層設(shè)防長度，單位：m；B為隧道最大跨徑，單位：m。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計算防寒門開啟時間段內(nèi)隧道內(nèi)的混合氣體溫度t_cm：

其中：Q_外為隧道外進入隧道內(nèi)的空氣量，單位：m³；Q_內(nèi)為隧道內(nèi)的空氣量，單位：m³；t_外為隧道外界溫度，單位：℃；t_內(nèi)為隧道內(nèi)部溫度，單位：℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，步驟S6中，根據(jù)以下公式計算圍巖體傳遞給隧道內(nèi)部的混合空氣熱量Q：

其中：λ為圍巖導(dǎo)熱系數(shù)，單位為：W·m^-1·℃^-1；為等溫面法線方向的溫度梯度，單位：℃/m；△S為圍巖體上一微小面積，單位：m²。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嚴寒地區(qū)隧道防寒門溫度場的計算方法，其特征在于，步驟S6中，根據(jù)以下公式計算圍巖隧道圍巖體傳遞給隧道內(nèi)部混合空氣的熱量換算為隧道內(nèi)部混合空氣增加的溫度差△t：

其中：Q為圍巖體傳遞給隧道內(nèi)部的混合空氣熱量，單位：w；c為物質(zhì)的比熱容，單位：kg.℃；ρ為物質(zhì)密度，單位：kg/m³；v為隧道內(nèi)熱傳遞的體積，單位：m³；

根據(jù)以下公式計算隧道內(nèi)部的混合空氣溫度T_h：

T_h＝t_cm+Δt

其中：t_cm為防寒門開啟時間段內(nèi)隧道內(nèi)的混合氣體溫度，單位：℃；△t為圍巖隧道圍巖體傳遞給隧道內(nèi)部混合空氣的熱量換算為隧道內(nèi)部混合空氣增加的溫度差，單位：℃。