西南交大隧道通风第三次作业——公路隧道运营通风设计计算

隧道通风与灾害控制课程作业3-公路隧道运营通风设计计算姓 名： * 学 号： * 学 院： 土木工程学院 专 业： 桥梁与隧道工程 任课教师： 蒋雅君 副教授 王 峰 副教授 二一五年六月五日 目 录1隧道通风设计基本资料12隧道需风量计算12.1该隧道通风需风量计算相关基本资料12.2隧道中CO排放量22.3稀释CO需风量42.4稀释烟雾需风量52.5稀释空气内异味需风量72.6考虑火灾时的排烟量73射流风机纵向通风计算73.1有关参数73.2自然风阻力73.3交通风压83.4通风阻抗力83.5隧道所需升压83.6射流机需求量8参考文献9公路隧道通风设计1 隧道通风设计基本资料 道路等级：高速公路，分离式单向双车道（计算单洞）； 行车速度：Vt=80 km/h； 空气密度：=1.2 kg/m3； 隧道长度、纵坡和平均海拔高度如图1-1所。图1-1 隧道上行线示意图2 隧道需风量计算2.1 该隧道通风需风量计算相关基本资料 隧道断面面积：Ar=68.05 m2； 隧道当量直径：Dr=8.41 m； 设计交通量：15000辆中型车/日（双向），高峰小时交通量按日交通量的12%计算，上下行交通量不均衡系数1.1。 交通组成：汽油车：小型客车15%，小型货车18%，中型货车24%；柴油车：中型货车24%，大型客车13%，大型货车6%。 隧道内平均温度：tm=20C； 拟设计通风方式：纵向通风； 火灾时排烟风速：3m/s。2.2 隧道中CO排放量隧道中CO的排放量计算公式如式（1）所示： （1）其中：Qco 隧道全长排放CO的量，m3/s；qco 1辆标准车行驶1km所排放的CO的体积，m3/辆km，可取0.01 m3/辆km；fa 考虑CO的车况系数，按表2-1取；fd 车密度系数，按表2-2取；fh 考虑CO的海拔高度系数，按图2-1取；fm 考虑CO的车型系数，按表2-3取；ftv 考虑CO的纵坡-车速系数，按表2-3取；n 车型类别数；Nm 相应车型的设计交通量；L 隧道长度。当考虑CO影响时的车况系数fa如表2-1所示。表2-1 考虑CO车况系数fa适用道路等级fa高速公路、一级公路1.0二、三、四级公路1.1-1.2车辆密度系数fa如表2-2所示。表2-2 车密度系数fd车速（km/h）1008070605040302010fa0.60.750.8511.21.5236当考虑CO影响时的车型系数fm如表2-3所示。表2-3 考虑CO的车型系数fm车型柴油车汽油车小客车旅行车、轻客车中型货车大型货车、拖挂车fm1.01.02.55.07.0当考虑CO影响时的纵坡-车速系数ftv如表2-4所示。表2-4 考虑CO的纵坡-车速系数ftv当考虑CO影响时的海拔高度系数fh如图2-1所示。图2-1 考虑CO的海拔高度系数fh根据表2-1表2-4以及图2-1，式（1）中各项系数取值如下：（1） 取CO的基准排放量qco=0.01 m3/辆km；（2） 考虑CO的车况系数fa=1.0；（3） 车密度系数fd =0.75；（4） 考虑CO的海拔高度系数fh=；（5） 考虑CO的车型系数fm按表2-3选取；（6） 考虑CO的纵坡-车速系数ftv =1.0；（7） 设计交通量Nm =15000辆/日，单洞高峰小时交通量为150000.50.121.1=990辆/日其中：汽油车：小型客车：148；小型货车：178；中型货车：238柴油车：中型货车：238；大型客车：129；大型货车：59将以上系数带人式（1）可得：2.3 稀释CO需风量稀释CO的需风量计算公式如式（1）所示： （2）其中：稀释CO的需风量；隧道CO容许浓度，ppm，按表2-5和2-6取；标准大气压，kN/m2，取101.325 kN/m2；P 设计气压；标准气压，k取273 k；T 隧道夏季设计气温。不同长度隧道的CO设计浓度如表2-5所示当考虑CO影响时的车况系数fa如表2-5所示表2-5 隧道CO设计浓度隧道长度250200根据表2-5，式（2）中各项系数取值如下：（1） 隧道CO容许浓度=；（2） 设计温度tm=20C，换算成绝对温度T=273+20=293K；（3） 隧道设计气压；（4） 稀释CO需风量。2.4 稀释烟雾需风量隧道中的烟雾排放量计算公式如式（1）所示： （3）其中，隧道全长烟雾排放量，m2/s。1辆标准车行驶1km所排放的烟雾量，m3/辆km，可取2.5 m3/辆km。柴油车车型类别，其余参数同CO排放量的计算。当考虑烟雾影响时的海拔高度系数fh(V1)如图2-2所示。图2-2 考虑烟雾的海拔高度系数fh(V1)当考虑烟雾影响时的车况系数fa(V1)如表2-6所示。表2-6 考虑烟雾车况系数fa(V1)适用道路等级fa(V1)高速公路、一级公路1.0二、三、四级公路1.1-1.5当考虑烟雾影响时的纵坡-车速系数ftv(V1)如表2-7所示表2-7 考虑烟雾的纵坡-车速系数ftv(V1)当考虑烟雾影时的车型系数fm(V1)如表2-8所示。表2-8 考虑烟雾的车型系数fm(V1)柴油车轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车集装箱车41.01.53-4根据表2-6表2-8以及图2-2，式（3）中各项系数取值如下：（1） 取基准烟雾排放量为=2.5 m3/辆km（2） 考虑烟雾的车况系数为=1.0（3） 考虑时速车密度=0.75.（4） 考虑烟雾海拔高度系数（5） 考虑烟雾的纵坡-车速系数=0.55（6） 烟雾排放量，将式（3）中各系数带入可得： （7） 稀释烟雾需风量稀释烟雾需风量计算公式如式（4）所示： （4）其中，C烟雾稀释系数。根据不同行车速度的隧道烟雾设计系数C如表2-9所示。表2-9 烟雾设计系数C将以上系数带人式（4）可得需风量：2.5 稀释空气内异味需风量取每小时换气5次，有：2.6 考虑火灾时的排烟量取火灾排烟风速为，得：综上，隧道设计需风量为204.15 m3/s。3 射流风机纵向通风计算3.1 有关参数 洞内自然风引起的洞内风速：vn=2 m/s； 大型车混入率：r1=19 %； 小型车正面投影面积Acs=2.13 m2、空气阻力系数cs=0.5，大型车正面投影面积Acl=5.37 m2、空气阻力系数cl=1.0； 射流风机选型：900型，出口风速vj=25 m/s，位置摩阻损失折减系数=0.85。 计算行车速度：vt=80 km/s=22.22 m/s3.2 自然风阻力自然风阻力为：隧道设计风速为3.3 交通风压交通产生的风压按式（5）计算： （5）其中：汽车等效阻抗面积Am：隧道内车辆数n：将各系数带入式（5）得：3.4 通风阻抗力空气在隧道内流动受到摩阻力以及出入口损失为3.5 隧道所需升压则隧道需要的升压力为：3.6 射流机需求量根据3.5节可知，所需升压为负，故交通风即可满足通风要求，不需要配置风机。当取计算车速vt=10 km/