长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法与流程

技术特征：
1.一种长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，其中隧道中部设有一块吊顶板，吊顶板将隧道洞身一分为二，上部结构为排烟道，下部结构为行车道，行车道中间沿隧道洞身长度方向设有行车道分隔板，行车道分隔板将行车道分隔为上行线行车道和下行线行车道，上行线行车道和下行线行车道结构对称，上行线行车道与排烟道之间、下行线行车道与排烟道之间均通过开设于吊顶板上的排烟口相连通，上行线行车道或下行线行车道以排烟口为中心分为左侧行车道与右侧行车道，排烟道以排烟口为中心分为左侧排烟道及右侧排烟道，其特征在于，设计方法包括以下步骤：步骤一：开启行车道两侧的两台压入式风机，确定左右侧风机压入风速、行车道断面面积及排烟道断面面积；步骤二：计算得到单位体积流量左右侧行车道产生的总能量、左右侧排烟道产生的总能量；步骤三：利用行车道与排烟道两侧能量差计算得出排烟口处局部阻力；步骤四：通过计算出的局部阻力，根据风流流经排烟口断面处风速的不同，由局部阻力确定排烟口处的局部阻力系数；步骤五：改变排烟口的面积，将多组不同排烟口面积工况下的排烟口局部阻力进行多项式拟合，得到通风机工况下排烟口面积大小与局部阻力之间存在的关系式，再研究局部阻力系数与面积比之间的关系，从而得到局部阻力系数最小的排烟口长宽比。2.根据权利要求1所述的长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，其特征在于，所述步骤二中：右侧行车道产生的总能量为e1：式(1)中：e1为单位体积流量下的行车道右侧产生的总能量，pa；a1为行车道断面面积，m2；α1为第一动能修正系数；v1为右侧行车道平均风速，m/s；γ为空气容重，取11.8n/m3；p1为行车道断面处压能，pa；z1为行车道位置水头，m；q为空气流量，m3/s；g为重力加速度，取9.8m/s2；∫(p1 γz1)dq为单位体积流量下的通过行车道断面的流体势能，pa；为单位体积流量下的通过右侧行车道断面的流体动能，pa；u1为右侧行车道断面上微元面积上的风速，m/s；左侧行车道产生的能量e2表示为：式中：v2为左侧行车道平均风速，m/s；α2为第二动能修正系数；为单位体积流量下的通过左侧行车道断面的流体动能，pa；u2为左侧行车道断面上微元面积上的风速，m/s；风流通过排烟口进入排烟道，在右侧排烟道产生的能量为e3，表示为
式中：e3为单位体积流量下的右侧排烟道产生的总能量，pa；a2为排烟道断面面积，m2；p2为行车道断面处压能，pa；z2为行车道位置水头，m；v3为右侧排烟道平均风速，m/s；α3为第三动能修正系数；为单位体积流量下的通过行车道断面的流体势能，pa；为单位体积流量下的通过右侧排烟道断面的流体动能，pa；u3为右侧排烟道断面上微元面积上的风速，m/s；左侧排烟道产生的能量e4表示为：式中：v4为左侧排烟道平均风速，m/s；α4为第四动能修正系数；为单位时间内通过左侧排烟道断面的流体动能，pa；u4为左侧排烟道断面上微元面积上的风速，m/s。3.根据权利要求2所述的长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，其特征在于，所述步骤二中，动能修正系数α的计算公式为：式中：a为过流断面面积，m2；v为过流断面上的平均风速，m/s；u为过流断面上微元面积上的风速，m/s。4.根据权利要求2所述的长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，其特征在于，所述步骤三中，排烟口处局部阻力h
m
计算公式如下：e1 e
2-e
3-e4＝h
m
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)。5.根据权利要求4所述的长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，其特征在于，所述步骤四中，由局部阻力h
m
确定排烟口处的局部阻力系数ξ：式中：v5为排烟口断面平均风速，m/s；ρ为空气密度，20℃取1.205kg/m3。6.根据权利要求5所述的长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，其特征在于，所述步骤五中，得到的排烟口面积比与局部阻力的关系式为：h
m
＝ax
b
，b＜0；
ꢀꢀꢀꢀ
(8)式中，x为排烟口面积比，排烟口面积比为排烟口在改变长边或短边后排烟口开口面积与原面积的比值；a，b均为无量纲系数。7.根据权利要求5所述的长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，其特征在于，所述步骤五中，改变排烟口的面积时，采用排烟口长度不变却改变宽度或者宽度不变却改变长度的方式，从而得到排烟口长宽比，进而在局部阻力系数最小时得到相应的排烟口长宽比。

技术总结
本发明公开了一种长大单洞双线隧道中单个排烟口的无量纲结构设计方法，包括以下步骤：计算得到单位体积流量左右侧行车道产生的总能量、左右侧排烟道产生的总能量；计算得出排烟口处局部阻力；根据风流流经排烟口断面处风速的不同，由局部阻力确定排烟口处的局部阻力系数；得到通风机工况下排烟口面积大小与局部阻力之间存在的关系式，从而得到局部阻力系数最小的排烟口长宽比。本发明引入动能修正系数，利用伯努利能量守恒，推导出基于上下游能量差的排烟口局部阻力表达式，利用该表达式，得到局部阻力系数最小的排烟口无量纲参数，即为最优长宽比，能用于指导排烟口结构的设计优化，节约运营成本。节约运营成本。节约运营成本。


技术研发人员：陈世强 唐文哲 陈方兴 陈永平 吴志荣 李璟仪 田峰 朱祝龙 陈洋
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/2/24