超长公路隧道纵向式通风风机计算

隧道通风的基本参数：道路等级：高速公路，3车道（计算单洞）；设计行车速度：vt=100km/h空气密度：ρ=1.20kg/m3隧道长度：Lr=8044.00m(右洞)隧道坡度：i=−1.451%/7963m,；1.093%/71m隧道断面积：Ar=103.7m2；隧道当量直径：Dr=10.4m；设计交通量：近期【2020年）31500辆/日（标准车）】，远期【（2030年）46500辆/日（标准车）】，高峰小时交通量按日交通量的12%计算；交通组成：汽油车：小型客车15%，小型货车17%，中型货车25%；柴油车：中型货车24%，大型客车13%，大型货车6%；隧道内平均气温；tm=20℃CO排放量（1）取CO基准排放量为：近期：qCO=0.01m3/辆·k远期：qCO=0.01×（1−1.5%）10=0.0086m3/辆·km（2）考虑CO的车况系数为：fa=1.0（3）依据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滞）。不同工况下的速度修正系数fiv和车密度修正系数fd如下表工况车速（km/h）1008060402010fiv（i=−1.451%）1.41.01.01.00.80.8fiv（i=1.093%）1.41.01.01.01.00.8fd0.60.7511.536考虑CO海拔高度修正系数：平均海拔高度：H=(359.634+244.714)2⁄=302.174m，fh=0.94618001400Hfh考虑CO的车型系数fm如下表：车型各种柴油车汽油车小客车旅行车、轻型货车中型货车大型货车、拖挂车fm1.01.02.55.07.0由于所给交通量是基于标准车的，所以车辆数需除以相应的车辆折算系数。故单洞高峰小时交通量为:近期：31500×12%×0.5×1.1=2079辆·中型车/高峰小时其中：汽油车：小型客车312，小型货车353，中型货车346柴油车：中型货车333，大型客车90，大型货车42远期：46500×12%×0.5×1.1=3069辆·中型车/高峰小时其中：汽油车：小型客车736，小型货车522，中型货车512柴油车：中型货车491，大型客车133，大型货车62计算各工况下全隧道的CO排放量：vt=100km/hQCO近=13.6×106·qCO·fa·fd·fh·fiv·L·∑（Nm·fm）nm=1=3.81×10−2m3/sQCO远=13.6×106·qCO·fa·fd·fh·fiv·L·∑（Nm·fm）nm=1=5.42×10−2m3/s同样可以计算其他各工况车速下CO排放量如表所示：各工况车速下CO排放量（单位：m3/s）工况车速1008060402010Qco0.06010840.05366820.07164670.10747000.17211780.3439042Qco远期0.08022480.07199280.09610990.14416490.23088610.4610411稀释CO的需风量（1）根据规范，取CO设计浓度为：δ=250ppm（2）隧道内平均气温：tm=20℃，换算为绝对温度T=273+20=293K（3）隧址大气压无实测值，按下式计算：P=Po·e−ghRT式中：Po--标准大气压，101325Pa；g--重力加速度，9.81=m/s2；h—隧址平均海拔高度，本隧道为302.174mR—空气气体常数，287J/kg·K计算可得：P=97815.37326Pa稀释CO的需风量：(以工况车速为100km/h为例)Qreq（CO）=QCOδ·P0P·TT0×106=267.308m3/s其他工况车速下的稀释CO的需风量也可以根据此公式求得，见下表：稀释CO需风量(单位：m3/s)车速1008060402010近期267.30794238.66781318.61984477.92976765.424361529.3752远期356.76750320.15920427.41028641.115421026.77292050.2941烟雾排放量（1）取烟雾的基准排放量为：近期：qVI=2.5m3/辆·km远期：qVI=2.5×（1−1.5%）10=2.149m3/辆·km（2）考虑烟雾的车况系数为：fa=1.0（3）依据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滞）。不同工况下的速度修正系数fiv和车密度修正系数fd如下表工况车速（km/h）1008060402010fiv（i=−1.451%）0.80.80.750.70.50.5fiv（i=1.093%）2.62.61.451.10.720.72fd0.60.7511.536（4）柴油车交通量（计算如CO）近期：中型货车333，大型客车90，大型货车42远期中型货车491，大型客车133，大型货车62（5）考虑烟雾海拔修正系数：平均海拔高度：H=(359.629+244.799)2⁄=302.174m，fh=0.9711000088003)(HfVIh考虑烟雾的车型系数如下表柴油车轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车集装箱车0.41.01.53～4（7）计算各工况下全隧道的烟雾排放量：vt=100km/hQVI近=13.6×106·qVI·fa（VI）·fd·fh（VI）·fiv（VI）·L·∑（Nm·fm（VI））nDm=1=0.759m3/sQVI远=13.6×106·qVI·fa（VI）·fd·fh（VI）·fiv（VI）·L·∑（Nm·fm（VI））nDm=1=3.048m3/s同样可以计算其他各工况车速下烟雾排放量如表所示：工况车速（km/h）1008060402010近期0.759010.948761.172431.090792.334724.66944远期3.047693.811572.844352.170674.367669.04823稀释烟雾的需风量（1）根据规范，取烟雾浓度设计值为K=0.0070/m，则烟雾稀释系数为C=0.0070（2）烟雾稀释的需风量为：（以工况车速为10km/h为例）Qreq(VI)近=QVIC=108.43m/sQreq(VI)远=QVIC=435.38m/s其他工况车速下的稀释烟雾的需风量也可以根据此公式求得，见下表：工况车速（km/h）1008060402010近期108.430135.538167.490155.828333.531667.063远期435.384544.510406.336310.096623.9521292.60稀释空气内异味的需风量取每小时换气次数为5次，则有：Qreq（异）=Ar·Lt·n=1158.559m3/s考虑火灾时排烟的需风量取火灾排烟风速为Vr=3m/s，则需风量为：Qreq（火）=Ar·Vr=311.1m3/s结论综合以上计算可确定在不同工况车速下各自的最大需风量：（单位：m3/s）车速（km/h）1008060402010CO267.30794238.66781318.61984477.92976765.424361529.3752356.76750320.15920427.41028641.115421026.77292050.2941烟雾108.430135.538167.490155.828333.531667.063435.384544.510406.336310.096623.9521292.60稀释空气内异味1158.5591158.5591158.5591158.5591158.5591158.559考虑火灾需风量311.1311.1311.1311.1311.1311.1最终确定需风量1158.5591158.5591158.5591158.5591158.5591529.37521158.5591158.5591158.5591158.5591158.5592050.2941由上表可以得出，本隧道需风量由工况车速为10km/h下稀释CO的需风量决定，分别为：近期1529.3752m3/s2050.2941m3/s。单向交通隧道射流风机纵向通风计算计算条件隧道长度：L=8044m隧道断面积：Ar=103.7m2断面当量直径：Dr=10.4m设计交通量：N近=2079辆/hN远=3069辆/h大型车混入率：r1=19%隧址空气密度：ρ=1.20kg/m3隧道设计风速：Vr=QreqAr车速（km/h）1008060402010车速（m/s）27.7822.2216.6711.115.562.78最大需风量(m3/s)1158.5591158.5591158.5591158.5591158.5591529.37521158.5591158.5591158.5591158.5591158.5592050.2941设计风速（m/s）11.16527411.165274811.1652711.165274811.165274814.748073211.16527411.165274811.1652711.165274811.165274819.7713992隧道内所需升压力（1）通风阻抗力：（以100km/h为例）2r·2·)L·1(rrerDp=1566.1Pa(近期)2r·2·)L·1(rrerDp=1565.1Pa(远期)（2）自然风阻力：2·2··1nrremDLp=130.85Pa（3）交通风产生的风压力为：2t()2mtrrAPnvvA汽车等效抗阻面积：clcllcscslmArArA····)1(=1.88m2Acs—小型车正面投影面积，为2.13m2ξcs—小型车空气阻力系数，为0.5Ac1—大型车正面投影面积，为5.37m2ξc1—大型车空气阻力系数，为1.0隧道内车辆数：n=NL/3600V=167（近期）248（远期）则：∆Pt=AmAr·ρ2·n·（Vt−Vr）2=502Pa（近期）741Pa（远期）根据上式计算，采用可逆转射流风机，可充分利用交通风产生的风压，两洞口存在的等效压差由于较不稳定，应作为阻力计算，因此隧道内所需的升压力为：△P=1566.01+130.85-502.12=1194.74Pa(近期)1450.01Pa（远期）工况车速(km/h)1008060402010换算车速(m/s)27.7822.2216.6711.115.562.78ΔPr近期1566.01151566.01151566.01151566.01151566.01152732.2894远期1566.01151566.01151566.01151566.01151566.01154910.5590ΔPt近期502.12110277.7385791.7952140.0138875256.151813443.0886远期741.22639410.25004135.591500.0205133378.3640510009.469ΔPn130.85130.85130.85130.85130.85130.85△P近期1194.74041419.12291605.06631696.84761440.7097-579.9492远期1450.01091286.61151561.27001696.84101318.4975-4968.0601120型射流风机所需台数1120型射流风机每台的升压力∆Pj根据下式计算（以工况车速100km/h）∆Pj=ρ·Vj2·Φ·(1−ψ)由Aj=0.98m2ψ=VrVjΦ=AjArVj=30m/s得∆Pj=ρ·Vj2·Φ·(1−ψ)=6.41Pa根据jPiPΔPj6.4078026.4078026.4078026.4078026.4078025.1888906.4078026.4078026.4078026.4078026.4078023.479894ΔP（