地铁活塞风掺混系数模拟研究.docx

地铁活塞风掺混系数模拟研究.docx地铁活塞风掺混系数模拟研究清华大学邓伟李晓锋朱颖心摘要:对于非屏蔽门的地铁站台,隧道活塞风是影响站台空调负荷的一个重要因素。掺混系数可以用来表征活寒风对站台热环境影响程度。研究站台空间设计与掺混系数的关系,可以寻找有效的减少站台负荷的方法。本文提出了一种实用的地铁活塞凤掺混系数的模拟方法,采取K-E标准湍流模型,进行三维非稳态流动的数值模拟计算,通过模拟浓度场求解掺混系数。对带迂回风道的岛式和侧式两种站台形式进行CFD模拟,定量分析了它们的掺混系数,岛式站台约30%,侧式站台约10%。模拟分析结果揭示了站台空间设计对热环境有重要影响,对地铁站台和空调系统设计具有指导意义。关键词:活塞风;掺混系数;空调负荷;CFD1掺混系数概念为定量分析活塞风与站台混合的比例,需要引入“掺混系数”口亦的概念。所谓“掺混系数”即活塞风中影响站台负荷部分占进入活塞风总量的TT分比。典型的双隧道岛式站台和双隧道侧式站台如图la,b所示。左右隧道之间令迂回风道,则从隧道入口进入的活塞风进入地铁车站后分为四个部分,一部分流入站台,一部分流入下游隧道,一部分从轨顶轨底排风口排走,一部分沿迂回风道进入对面隧道。其小,流入站台的及轨顶轨底排风口排走的部分将影响站台空调负荷。图lb侧式站台示意图GpajnletGpa,,—g +G+,platform pa,return pa, ( 〃・= =1 ,隧道风的质量流量,kg/s;Hmix'活塞风的掺混系数;下标pa,活塞风;inlet,上游隧道入口;platform,站台;return,回排风口;outlet,下游隧道出口;short,迂回风道;实际地铁的活塞风风量是随吋间周期性变化的,活塞风的吋均掺混系数应是活塞风风量变化周期内的积分平均值,即:TPQ血弭midJlmix=U? (3)palletf=0式中r[inix 活塞风的时均掺混系数;T 活塞风的变化周期,s;事实表明:隧道区间中活塞风的运动方向是固定的,则四个隧道口风向如图1所示。基于流体力学和传热学基本原理,作如下假设:空气不可压缩,因此所有出口和入口的风量应该质量平衡。隧道入口带入活塞风负荷率为100%。进入站台的隧道风与站台空气充分掺混,在空调的作用下,短吋间内达到站台温度。则进入站台的隧道风带有的负荷完全由空调箱承当。空调季节排风屋小,进入回排风口的隧道风带有的负荷完全由空调箱承担。令入口活塞风中存在某物质,浓度为1,则该物质存在跟随运动和扩散运动,根据假设3该物质进入站台空调区域后浓度迅速降为0。因此将站台作为一个控制体,这个开式系统具有两个入口和三个出口,测量其中两个入口和两个出口的全天风量作为边界条件(采样I、可隔为12秒),截取其中一个周期为计算工况,剩余一个出口为口由出入口,其风量由计算结果给出。入口浓度已知,只需要通过CFD模拟流场和浓度场,统计一个周期内进入站台和冋排风口的浓度,即可求出掺混系数。2计算模型依照广州地铁一号线陈家祠站和花地湾站的站台设计,进行简化后,在计算流体力学软