活塞效应与地铁车站新风换气

活塞效应与地铁车站新风换气,协同发展领引未来2014年第十九届全国暖通空调制冷学术年会,主要内容,1、地铁发展现状及问题,2、如何高效利用地铁活塞效应,3、CFD动网格分析方法,4、计算结果分析,5、结论,截至2013年3月17城市运营中，64条线路,运营里程2000km,12城市建设中,24城市规划中,中国地铁发展,北京1969,天津1976,上海1995,广州1997,数据来源:2012年中国城市轨道交通年报,数据来源:,1970s，1、2号线2013年，16条线路10号环线全线贯通,北京地铁发展,2020年,1000km,527km,数据来源:北京地铁通风空调系统优化与节能研究课题研究报告(2011),PM,CO2,1.地铁车站内空气品质,2.地铁环控系统能耗巨大,如何实现地铁系统的节能减排？,问题,主要内容,1、地铁发展现状及问题,2、如何高效利用地铁活塞效应,3、CFD动网格分析方法,4、计算结果分析,5、结论,区间隧道及站内废热气排出,室外新风被吸入,地铁活塞效应,地铁车站及区间隧道结构形式决定着地铁活塞效应引起的区间隧道及车站内的空气流动特性,列车进站时,列车离站时,半高安全门,全高安全门,屏蔽门,无站台门,站台门对活塞效应的影响,除屏蔽门外，其他站台门形式对活塞效应的影响很小,活塞风井模式对活塞效应的影响,双活塞风井模式,单活塞风井模式,活塞风井在出站端,活塞风井在进站端,进站端活塞风井,如何有效利用地铁活塞效应,列车离站时：将更多室外空气通过出入口引入地铁车站内,列车进站时：将隧道及车站废热空气及时排至室外,地铁活塞效应有效利用的评价指标,列车进站时：,活塞风井排风率1,活塞风井排风量,活塞风井排风量+地面出入口排风量,=,列车离站时：,地面出入口进风率2,地面出入口进风量,活塞风井进风量+地面出入口进风量,=,如何定量确定进、排风量？,主要内容,1、地铁发展现状及问题,2、如何高效利用地铁活塞效应,3、CFD动网格分析方法,4、计算结果分析,5、结论,基本计算求解思路,列车运行速度,CFD动网格模型,三维复杂流动,列车运动导致流场形状随时间改变,列车运动速度变化,一维模拟软件（SES）,静网格,CFD动网格模型,Fluent动网格模型,动网格模型可以用来模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的问题。例如内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射都是包含有运动部件的例子。边界的运动形式可以是预先定义的运动，即可以在计算前指定其速度或角速度。,列车运行速度,(1),动网格模型守恒方程,速度向量,移动网格的网格速度,时间导数项,可用一阶向后差分格式写成:,(2),n和n+1代表不同的时间层,网格构筑方式,弹簧光滑模式(spring-basedsmoothing)局部重画模式(remeshing)动态辅层模式(dynamiclayering)适用于与运动边界相邻的网格为结构型网格的模型，网格更新时的合并因子与分割因子可分别设置。,计算对象,1200m,140m,736m,双、单活塞风井模式哪种好？,活塞风井距离站台端多少合适？,区间隧道长度变化对活塞效应的影响？,分析问题,50m,100m,求解方法,以安定门车站及相连区间隧道为原型,区间隧道动网格，车站及风井静网格总网格数为2100,000个,PISO算法,标准k-湍流模型,计算方法有效性验证,B口风速计算值与实测值对比,主要内容,1、地铁发展现状及问题,2、如何高效利用地铁活塞效应,3、CFD动网格分析方法,4、计算结果分析,5、结论,计算结果分析,双、单活塞风井模式的影响比较,地铁活塞效应作用下的隧道空气压力分布,下行线列车,上行线列车,双活塞风井模式空气压力变化特性,列车运行速度,双活塞风井模式空气速度变化特性,列车运行速度,ta,tb,tctd,tf,单活塞风井模式空气压力变化特性,列车运行速度,ta,tb,tctd,tf,单活塞风井模式空气速度变化特性,列车运行速度,单、双活塞风井设置模式比较,活塞风井排风率1:68.8%,活塞风井排风率1:56.8%,列车进站（排风）,双活塞风井设置模式,单活塞风井设置模式,总排风量：11786m,总排风量：11215m,单、双活塞风井设置模式比较,列车离站（进风）,地面出入口进风率2:26.3%,地面出入口进风率2:51.8%,双活塞风井设置模式,单活塞风井设置模式,总进风量：10496m,总进风量：9901m,优,计算结果分析,活塞风井设置位置的比较,列车进站（排风）,A井,B井,A口,B口,活塞风井排风率1:56.8%,活塞风井排风率1:62.7%,活塞风井距离站台50m,活塞风井距离站台100m,总排风量：11215m,总排风量：9644m,单活塞风井设置位置的比较,优,单活塞风井设置位置的比较,A井,B井,A口,B口,地面出入口进风率2:51.8%,地面出入口进风率2:57.7%,列车离站（进风）,活塞风井距离站台50m,活塞风井距离站台100m,总进风量：9901m,总进风量：8490m,优,计算结果分析,区间隧道长度对活塞风井排风率的影响,1200m,736m,区间隧道长度对活塞风井排风率的影响,21.7%,16.1%,A井,B井,区间隧道长度越长，活塞风井的排风率减小。,列车进站（排风）,排风量：6523m,排风量：8494m,主要内容,1、地铁发展现状及问题,2、如何高效利用地铁活塞效应,3、CFD动网格分析方法,4、计算结果分析,5、结论,结论,列车进站过程中，单、双活塞风井的排风率1相差不大；列车离站过程中，单活塞风井地面出入口通道的可引入更多室外风量，地面出入口进风率2是双活塞风井的2倍（51.8%），单活塞风井模式更优！单活塞风井模式下，活塞风井距离站台进站端的间距增大时（50m、100m），活塞风井的排风率1增加（56.8%62.7%），地面出入口的进风率2也增加（51.8%57.7%），适当加大距离有利！地铁区间隧道长