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公路隧道纵向通风系统射流风机选型计算 |
【摘要】 为满足公路隧道通风降噪的需要，提出了射流风机推力影响因素及其选用要求。在计算隧道中总推力的前提下确定出射流风机的推力。并确定所用风机的数量。
关键词：喷流式通风机 隧道 选用 计算
一、引言
在公路隧道纵向通风系统中，射流风机通常是并联为一组，并沿隧道方向间隔布置，为了满足隧道内噪声环境的要求，射流风机通常配有整体消声器。在夜间，为了防止隧道洞口产生较大的噪声，通常是只运行隧道中间部分的风机，或者加长靠近隧道洞口处的风机消声器长度，或者采用双速射流风机。
二、射流风机推力影响因素及选用
1.每组风机之间的纵向距离
如果隧道中每组风机之间具有足够的距离，则喷射气流会有充分的逐渐减速，如果喷射气流减速不完全，将会影响到下一级风机的工作性能。一般情况下，每组风机之间的纵向间距取为隧道截面水力当量直径的10倍或10倍以上，也可以取风机空气动压(Pa)的十分之一作风机纵向间距(m)，同一组风机之间的中心距至少取为风机直径的2倍。隧道中的射流风机布置并不一定具有同一间距，只要风机之间具有足够的纵向间距，则风机可以尽可能地布置在靠近隧道洞口的位置；如果风机轴向安装位置允许存在一定倾斜，则风机之间的纵向距离可以减少，从而可以提高安装系数。
2.隧道中空气流速、风机与壁面及拱顶的接近度
风机推力是在空气静止条件下，根据风机的空气动量的变化而测定的。如果风机进口的空气处于运动状态，则风机中空气动量的变化值必然减小。如果射流风机的安装位置靠近隧道壁面或拱顶，则空气射流与壁面或与拱顶之间必然产生附加摩擦损失。
3.风机尺寸
射流风机耗电量与推力之比与风机出口风速有关，对于给定的推力要求，出口风速越高，耗电量越大。因此，为了降低运行成本，应尽可能选用大直径、低转速或叶片角度小的风机。对于给定的风机尺寸，如果降低其推力，必然导致风机数量的增加，从而增加风机本身的投资，但此时风机出口风速也随之降低，使得消声器得以取消或减小其长度。
4.可逆运转风机
可逆运转风机与单向风机相比，效率略低，且噪声稍高，但此类风机可以使隧道的运营具有较大的选择性。如在特别需要的情况下，单向隧道可以用作双向运营，在着火时，风机可以反转排烟。
三、隧道中总推力计算
对于采用纵向通风方式的公路隧道，在确定了其需要的空气量后，使可以计算用于克服隧道中全部空气阻力所需要的射流风机的推力，隧道中的空气阻力主要由以下各项阻力组成。
1.隧道进口、出口空气阻力
隧道进口、出口空气阻力pen,ex通常取为隧道中空气动压的1.5倍，如果隧道进口置有流线型喇叭段结构，出口置有扩散结构，则此项阻力会小些。
pdt=1/2ρV2T
式中 pdt——隧道空气动压，Pa
ρ——空气密度，kg/m3
VT——隧道中空气平均流速=qT/VT，m/s
qT——隧道中空气流速，m/s
AT——隧道截面积，m2
2.车辆拖阻或阻力
在单向隧道中，如果车辆速度低于隧道中风速，车辆会产生拖阻，如果车辆速度大于隧道中风速，则车辆会对空气流动产生助推力；在双向隧道中，与风速反向的车辆行驶速度会对空气流动产生阻力，车辆拖阻或助推力计算如下：
pdrag=CdAV/AT×0.5ρ〔(NC1+NT1)(VV1+VT)2-(NC2+NT2)｜VV2-VT｜(VV2-VT)〕
式中 pdrag——车辆拖阻或阻力，Pa
Cd——车辆拖阻系数(1.0)
AV——车辆迎风面积(小汽车：2m2，卡车6m2)
NC1——与风向相反行驶小汽车车辆数
NT1——与风向相反行驶卡车车辆数
NC2——与风向同向行驶小汽车车辆数
NT2——与风向同向行驶卡车车辆数
VV1——与风向相反行驶车辆速度，m/s
VV2——与风向同向行驶车辆速度，m/s
对于单向隧道NC1=0，NT1=0
3.环境条件
由于隧道的地理位置不同，隧道进出口的环境条件存在较大差异，如自然风速、风向、空气温度、海拔、大气压等条件会差别较大，从而会导致烟囱效应(stack effects)，应从隧道的空气阻力中增加或减掉此效应。由于隧道两端大气压差而引起的阻力pstack应由测量值确定，并增加到系统阻力中。 |
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