对现行_公路隧道通风照明设计规范_中两个问题的探讨_项小强

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Qr1
+
Qb
= Qr1
-
Qe -
Qreq2
Qreq1 + Qe ·C2
+ Qb
= Qr1
-
Qreq2
Qe ·(1 - C2 )
-
Qreq1
+ Qb
收稿日期 :2008 - 08 - 20
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通过比较还可以看出《, 规范》中的 (31 51 8 - 5) 式可由上式在分子和分母中分别减去一个大于零的
项而得到 。这个大于零的项是
(1 -
Qe ) Qr1
·Qreq1 。根
据分式的特点可知 ,由上式计算的 C3 一般大于由
《规范》中 ( 31 51 8 - 5) 式计算的 C3 , 只有 当 Qr1 =
本文主要对《规范》中隧道出口内侧处的浓度 C3 计算式存在的问题进行分析和探讨 ,并对竖井排出 式通风计算提出进一步完善的意见 ,以方便设计人 员使用 ,使现行的《规范》更好地发挥指导作用 。
2 对两个问题的分析和探讨 21 1 关于隧道气流浓度 C3
《规范》中第 24 页 ,隧道出口内侧处的浓度 C3 按 式 (31 51 8 - 5) 计算的问题 。根据笔者推演 , 计算 C3 的式 (31 51 8 - 5) 是一个等于 1 的恒等式 。按《规范》 原文描述 ,隧道气流浓度 C 可用需风量与设计风量 之比表示 ,于是 ,对于竖井送排式纵向通风方式 , 竖 井底部的浓度 C2 可按式 (31 51 3 - 3) 计算 ,即 :
Qreq1 和 Qb = Qreq2 时 ,两式才完全相等 。
另一个需要指出的情况是 《, 规范》中对公式中
的送风量 Qb采用 ( 31 51 8 - 6) 式代入计算的一个特 殊情况未作说明 。实际上 , 只要采用 ( 31 51 8 - 6) 式
计算送风量 Qb ,就必然会使隧道出口内侧处的浓度 C3 等于 1 。这就是造成 ( 31 51 8 - 5) 式恒于 1 的原 因 。在计算中 ,由于轴流风机的送风量是有级档的 ,
3 结语 本文对现行《公路隧道通风照明设计规范》通风
部分中存在的两个较重要的问题做了分析和探讨 , 并在文中提出适当的修改建议 ,以期有所收获 。希 望规范编写单位在修编中不断完善《规范》,使广大 工程技术人员更好地用好《规范》,使《规范》在我国 公路隧道通风照明设计和公路隧道工程建设发展中发 挥更好的指导作用。如有不当之处 ,请不吝赐教。
通时采用合流型竖井排出式通风 ,单向交通时分合
流型和分流型两种通风系统气流形态的竖井排出式
通风 。虽然《规范》中已列出竖井排出式通风的全压
力表达式 ,但遗憾的是对全压力公式中的隧道各区
段的设计风速如何求解计算没有作具体说明 ,并且
在后面的附件中也没有提供该通风模式的通风计算
简例 。我们在使用中感到 ,由于列出的竖井排出式
算的需风量 Qb ·Cb 一项 。分母是本区段流动空气 总量 。这样计算的浓度 C3 从概念上讲是部分跟总 量之比 。
而《规范》中计算 C3 的式中在分子中仅有车辆 在本区段排放污染物所需要计算的需风量 Qreq2 一 项 ,在分母中似乎要表达的是一个纯粹的新鲜空气 总量 ,这样计算的 C3 在概念上可解释为稀释污染物 所需要的空气跟纯粹的新鲜空气之比 。当然 , 隧道 气流浓度 C 的定义改为“稀释污染物所需要的空气 跟纯粹的新鲜空气之比”也是可以的 ,但稀释污染物 所需要的空气和纯粹的新鲜空气都应该是用本区段
Qr2 = Qr1 - Qe + Qb
故而 ,按隧道气流浓度 C 的定义 , 隧道出口内
侧处的浓度 C3 的计算式应该为 :
C3
=
( Qr1
- Qe) ·C2 + Qreq2 Qr1 - Qe + Qb
=
1 - Qe Q r1
·Qreq1 + Qreq2
Qr1 - Qe + Qb
上式的分子是隧道出口段总的需风量 ,分母是
自然风引起的压力 ( N/ m2 ) ,在竖井的两边 ,其值可
用 Δpg1 和 Δpg2 表示 ;Δpg1 为第 I 区段隧道口与竖井 出口之间的气象压力差 (N/ m2 ) ,自然风朝隧道方向 时为正 ;Δpg2 为第 Ⅱ区段隧道口与竖井出口之间的
气象压力差 (N/ m2 ) ,自然风朝隧道方向时为正 。 竖井等 的 摩 擦 及 出 入 口 损 失 Δps 的 计 算 公
该段的设计风量 。分子中的总需风量由两部分组
成 ,第一部分是由隧道入口段车辆排放污染物流入 出口段所需要计算的需风量 ,第二部分是车辆在本 区段排放污染物所需要计算的需风量 。这里已假设
由竖井送入的送风量 Qb 是纯粹的新鲜空气 。如果 由竖井送入的送风量 Qb不是纯粹的新鲜空气 , 设其 浓度为 Cb ,则在计算隧道出口段的总需风量时还应 加上由竖井送风流入隧道出口段的污染物所需要计
1 问题的提出 《公路隧 道 通 风 照 明 设 计 规 范》(J TJ 0261 1 -
1999) (以下简称《规范》) 实施 7 年来 ,对指导我国公 路隧道通风照明设计和促进公路隧道工程建设发展 发挥了很大的作用 。我们在认真执行和使用《规范》 过程中 ,也发现了《规范》中有关通风计算方面的一 些值得商榷的问题 。例如 ,在利用搜索法进行单竖 井送排式通风计算中发现 ,利用《规范》中隧道出口 内侧处的浓度 C3 计算式 ,计算的值总是等于 1 ;进一 步在多竖井送排式通风计算中发现 , 利用 C3 计算式 的概念建立各竖井底部隧道气流浓度 Ci ( i 为竖井 编号 , i = 1 , 2 , …, n) 及隧道出口内侧处气流浓度 C( n + 1) 的计算式进行递推计算的结果完全失真 。这 说明 C3 计算式存在一定的缺陷 。
公路 2009 年 11 月 第 11 期 H IGHWA Y Nov1 2009 No1 11 文章编号 : 0451 - 0712 (2009) 11 - 0256 - 03 中图分类号 :U4521 21 文献标识码 :B
C2
=
Qreq1 Qr1
隧道出口内侧处的浓度 C3 按式(31518 - 5) 计算 :
C3
= Qr1
-
Qe -
Qreq2
Qreq1
+
Qe
·Qreq1
Qr1
+ Qb
式中 : Qreq1 为隧道 1 段需风量 ; Qreq2 为隧道 2 段 需风量 。
送风量 Qb与排风量 Qe可按式(31518 - 6) 计算 ,即
通风计算的全压力公式没有对求解计算关键点的说
明 ,总有计算无从下手的感觉 。这对于使用者来说
很不方便 。
出于对计算公式的可操作性方面考虑 ,本文尝
试给出一种与《规范》中提供形式及说明稍有不同的
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的总量来计算 。原来 ,在本文开始时提到的“在多竖
井送排式通风计算中 ,利用 C3 计算式的概念建立各 竖井底部隧道气流浓度 Ci ( i 为竖井编号 , i = 1 , 2 , …, n) 及隧道出口内侧处气流浓度 C( n + 1) 的计算式 进行递推计算的结果完全失真”这一问题是出在计 算式的分子和分母中没有用各自的总量 。这可能就 是《规范》中计算 C3 的 (31 51 8 - 5) 式存在的问题 。
可用需风量与设计风量之比表示”的定义是不一致
的 ,因为计算隧道出口内侧处的浓度 C3 用的需风量 应该是由第 1 隧道区段 (入口段) 传递过来的车辆排 放污染物需要进行稀释的需风量 ( Qr1 - Qe) ·C2 和第 2 隧道区段原本需要的需风量 Qreq2 两部分组成 ,即 :
( Qr1 - Qe) ·C2 + Qreq2 而根据流体连续性原理 ,第 2 隧道区段 (出口 段) 的设计风量 Qr2 (车辆排放污染物引起空气体积 增加的量可以忽略不计) 为 :
摩擦及出入口损失 ,N/ m2 。
设置竖 (斜) 井或横洞处的压力 Δp3 的计算公
式为 :
Δp3
=
(ζe
+λr
·L )
Dr
·ρ 2
·v2r
+ Δp t
+ Δp m
式中 :L 为洞口到竖井处的长度 (m) ,合流型时 ,
分别用竖井两边的长度 L1 和 L2 计算 Δp3 ,选取其中 的大者作为设置竖 ( 斜) 井或横洞处的压力 ;Δpm 为
式为 :
Δps
=
(1
ρ 2
·v2s
式中 :ζi 为合 (分) 流及弯曲损失系数 ;λs 为竖井
等的壁面摩阻损失系数 ; Ls 为竖井长度 ( m) ; Ds 为竖
井等的当量直径 (m) ; vs为竖井等内部的风速 (m/ s) 。
在上述设置竖 (斜) 井或横洞处的压力 Δp3 的计 算公式的说明中 , 计算的关键点是 :合流型时 , 分别 用竖井两边的长度 L 1 和 L2 计算 Δp3 ,选取其中的大 者作为设置竖 (斜) 井或横洞处的压力 。有了以上的 公式后 ,如果需要 ,还可以进一步补充竖井排出式通 风计算的计算简例 ,以对该通风方式的通风计算作 简明指导 。
2009 年 第 11 期 项小强 李伟平 :对现行《公路隧道通风照明设计规范》中两个问题的探讨
— 257 —
= Qreq -
Qreq2 Qb - Qreq1
+ Qb
=
Qreq2 Qreq - Qreq1
=
Qreq2 Qreq2
=1
从而证明了 C3 ≡1 。
从分析中发现 , C3 计算式与“隧道气流浓度 C
Qb = Qreq -
Qr1
+ Qe ·
Qr1 - Qreq1 Qr1
以下对公式 (31 51 8 - 5) 中的 C3 恒等于 1 做一 下推导 。
由竖井底部的浓度 C2 计算式 (31 51 8 - 3) 和送 风量 Qb与排风量 Qe的关系式 (31 51 8 - 6) 有 :
Qb
= Qreq -
参考文献 :
[ 1 ] J TJ 0261 1 - 1999 公路隧道通风照明设计规范[ S]1 [ 2 ] J T G D70 - 2004 公路隧道设计规范[ S]1 [ 3 ] 项小强 ,吴德兴 1 公路隧道多竖井送排式通风计算方
所以一般会取轴流风机的送风量稍大于或等于使用
(31 51 8 - 6) 式计算所得的送风量 Qb , 故而其设计判 定条件 01 9 ≤C3 ≤11 0 自然满足 ,毋须再判定 。
应该说 ,计算 C3 的 (31 51 8 - 5) 式在单竖井分段 通风时是可以使用的 ,因为它跟按“隧道气流浓度 C
用需风量与设计风量之比表示”定义计算 C3 的结果 差别不大 。但是 ,在多竖井送排式通风计算中 ,为了
保证多竖井送排式通风求解计算正确进行 , 则应该
采用按统一定义的隧道气流浓度 C 的计算式计算 。
21 2 关于竖井排出通风方式的计算公式
《规范》中将竖井排出式通风计算单独列出说
明 ,并且分双向交通和单向交通分别处理 。双向交
Qr1 + Qe ·
Qr1 - Qreq1 Qr1
= Qreq - Qr1 + Qe · 1 - C2
整理上式后 ,可得 :
Qr1 - Qe · 1 - C2 = Qreq - Qb
化简 C3 的计算式 (31 51 8 - 6) 如下 :
C3
= Qr1 -
Qe -
Qreq2
Qreq1
+
Qe
·Qreq1
— 258 — 公 路 2009 年 第 11 期
竖井排出通风方式的计算公式及说明 。竖井排出通
风方式所需风压计算公式为 : Δp = Δp3 +Δps 式中 :Δp 为所需送风机压力 , N/ m2 ;Δp3 为设
置竖 (斜) 井或横洞处的压力 ,N/ m2 ;Δps为竖井等的
对现行《公路隧道通风照明设计规范》中 两个问题的探讨
项小强 , 李伟平
(浙江省交通规划设计研究院 杭州市 310006)
摘 要 : 对现行《公路隧道通风照明设计规范》通风部分中存在的两个问题做分析和探讨 ,并提出适当的修改意 见和建议 。
关键词 : 隧道通风设计规范 ; 隧道气流浓度 ; 竖井排出式通风计算
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