《北京新建地铁通风空调系统模拟分析》-毕业学术论文（设计）.docVIP

PAGE w 北京新建地铁通风空调系统模拟分析 [摘　要]本 研究 以北京新建地铁四号线第三标段隧道和车站为对象,借助SES软件,建立数学模型,对两种典型的通风空调系统方案正常工况运行进行数值模拟。 分析 得出产热量的分布 规律 ;列车行车状况、活塞风井、不同形式车站及区间隧道通风空调系统对隧道内速度场、温度场及新风量的 影响 规律。研究同时对通风空调系统方案进行了初步的技术 经济 比较。本研究为分析地铁通风空调系统的空气流动与传热提供了 参考 ,为新建地铁通风空调系统方案的选择、设计及 科学 地运行管理提供有价值的数据资料。[关键词]地铁;通风空调;设计方案;数值模拟 1 绪　论 1#183;1 研究背景及意义 地铁和轻轨作为城市快速轨道 交通 的重要组成部分,具有低污染、低能耗、容量大、安全快捷、正点率高等优点,被公认为“绿色交通”,是城市大运量公交系统首选。 地铁一般深处地下,是一个由多个车站通过隧道连接成的相对封闭空间[1],与外界的空气交换只能通过车站出入口和有限的隧道风井来进行,因此必须合理设计地铁通风空调系统,利用人工 方法 对地铁内的温度、湿度、有害物浓度和空气流速等进行控制,为乘客提供适宜的环境;并在紧急情况下保证乘客的安全。在实际运行中,地铁通风空调系统的耗电仅次于列车牵引用电,其投资直接影响地铁工程建设的总费用。因此,地铁通风空调系统的合理设计及节能研究成为 发展 地铁交通设施的重要课题之一。 1#183;2 研究目的及 内容 本研究旨在为新建地铁通风空调系统方案的选择、系统的合理设计与科学的运行管理提供有价值的数据资料,为地铁环控系统流动传热与节能研究提供参考。具体研究内容包括以下三点: (1)结合正在承担的北京地铁四号线通风空调系统设计任务,对地铁四号线第三设计标段三站两区间(陶然亭-菜市口-宣武门)拟出两种典型通风空调设计方案; (2)建立数学模型和交点图,借助SES数值 计算 软件,对通风空调系统方案的速度场、温度场和产热量进行数值模拟,得出产热量的分布规律,活塞风井、车站及区间隧道不同型式通风空调系统对隧道内流场、温度场及新风量的影响规律。 (3)采用数值模拟分析与技术经济比较相结合的方式,综合考虑车站规模、通风空调设备初投资、安全可靠性及控制难易程度等因素对两种典型设计方案进行比较;并依据北京地铁实际情况,选出适合北京地铁四号线的较优方案。 2 通风空调系统方案研究 2#183;1 地铁环控系统研究方法 目前 ,世界各国研究地铁环控的主要方法有试验方法和数值模拟方法。试验方法分为全尺寸现车试验和缩尺寸模型试验;数值模拟研究方法分为有限差分法、有限元法和特征线法等[2]。现车试验和模型试验组织、实施难度较大,工作量也巨大。利用计算机编制程序对各种方案进行数值模拟是经济、可靠的研究手段,已经越来越多的为设计者所采用[3]。 2#183;2 北京地铁四号线通风空调系统设计方案研究 2#183;2#183;1 工程概况 北京地铁四号线线路全长28.154km,设23座地下车站和1座地面车站。线路南起南四环路以北的马家堡西路,终点至颐和园以北的龙背村,是一条穿越丰台、宣武、西城、海淀四个行政区贯穿市中心区的南北向轨道交通主干道[4]。 本次模拟的对象为第三设计标段:陶然亭-菜市口-宣武门,三站两区间。这三座车站均为地下双层岛式车站,两个区间施工工法为马蹄形矿山法。 2#183;2#183;2 可选方案 地铁通风空调系统设计,决定着车站规模、通风空调设备、运行成本、安全可靠性和控制效果,其系统方案的选择十分重要。为得出较优通风空调系统,对以下两种典型方案在正常工况下运行进行数值模拟分析。 (1)车站及区间隧道集成的通风空调系统[4](方案一) 该方案区间机械风道内设置TVF风机及大型表冷器,通过风阀转换兼容区间隧道及车站公共区通风空调、排烟各种工况。方案 应用 于北京新建地铁五号线、四号线通风空调系统。系统原理见图1。(2)车站及区间隧道独立通风空调系统(活塞风道和机械风道相结合)(方案二) 该方案在车站设有公共区通风空调机房,内设组合式空调箱及回/排风机,独立负担车站公共区的通风空调及事故排烟;站端设活塞风井(活塞风井与机械风井合用),风井内设置供区间隧道专用的TVF风机及组合风阀,独立负担区间隧道的通风及事故排烟。此方案目前应用于上海、南京、广州等地铁通风空调系统。系统原理见图2、3。 3 数值模拟 3#183;1 物理模型 地铁区间隧道内空气流动是三维可压缩流体非恒定紊流。由于隧道长度远大于隧道的断面几何尺寸,且隧道断面上气流速度和压强分布比较均匀。为简化计算,可将地铁隧道、车站内空气流动简化为以当量直径de作为特征尺寸的、以断面上气流各要素取平均值作为变量的圆管内