活塞效应与地铁车站新风换气

1、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1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析计算结果分析5 5、结论结论北京北京19691969天津天津19761976上海上海19951995广州广州19971997数据来源: 2012年中国城市轨道交通年报数据来源: 0.002.004.006.008.0010.000100200300400500600200220032004200520062007

2、2008200920102011201220132014运营里程（kM）车站数量（座）年日均客运量（万人次）2020年年1000km527km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)如何实现地铁系统的节能减排？如何实现地铁系统的节能减排？自控自控16%列车列车53%1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析计算结果分析5 5、结论结论进站端活塞风井出站端活塞风井 地铁车站及区间隧道决定着地铁活塞效应引起的区间隧道及车站内的双活塞风井模式

3、双活塞风井模式单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出站端活塞风井在进站端活塞风井在进站端进站端活塞风井进站端活塞风井活塞风井排风率活塞风井排风率1 1活塞风井排风量活塞风井排风量+地面出入口排风量地面出入口进风率地面出入口进风率2 2地面出入口进风量活塞风井进风量+地面出入口进风量= =如何如何定量确定进、排风量定量确定进、排风量？1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析计算结果分析5 5、结论结论-30-20-10010203005010015

4、0200250下行线上行线列车运行速度列车运行速度CFDCFD动网格模型动网格模型三维复杂流动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导致流场形状随时间改变列车运动速度变化列车运动速度变化一维模拟软件（一维模拟软件（SESSES）静网格静网格Fluent 动网格模型动动网格模型可以用来网格模型可以用来模拟模拟的问题。的问题。例如例如内燃机内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射都、阀门、弹体投放和火箭发射都是包含有运动部件的是包含有运动部件的例子。例子。边界边界的运动形式可以是的运动形式可以是即可以在计算前指定其速度或即可以在计算前指定其速度或角速角速度度。-30-20-1001020300

5、50100150200250下行线上行线列车运行速度列车运行速度(1) 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代表不同的时间层弹簧光滑模式(spring-based smoothing)局部重画模式(remeshing) 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。1200m140m736m雍和宫站雍和宫站鼓楼大街站鼓楼大街站1.1. 双、单活塞风井模式哪种好？双、单活塞风井模式哪种好？2.2. 活塞风井距离站台端多少合适？活塞风井距离站台端多少合适？3.3. 区间区间隧道长度变化对隧道长度变化对活塞活塞效应

6、效应 的影响的影响？算算例例1算算例例3算算例例250m100m 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B B口风速计算值与实测值对比口风速计算值与实测值对比020406080100120140160180-8-6-4-20246实测值实测值96s列车到站B通 道风 速 (m/s)时 间（ s）126s列车离站计算值计算值1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析计算结果分

7、析5 5、结论结论下行线列车下行线列车上行线列车上行线列车0500100015002000-300-200-1000100200300压力(Pa)下行线列车行程(m) 下行线 上行线050100150200250-40-30-20-10010203040tgtftetdtbtc A口 B口 A井 B井 C井 D井ta列车驶离车站列车驶停泊车站列车驶向车站时 间 (s)压力(Pa)tatbtctdtetftg-30-20-1001020300100200300下行线上行线列车运行速度列车运行速度tatbtctdtetftg-30-20-1001020300100200300下行线上行线列车运行速

8、度列车运行速度050100150200250-5-4-3-2-10123456 A口 B口 A井 B井 C井 D井列车驶停泊车站列车驶向车站列车驶离车站时 间(s)速度(m/s)tgtftetdtbtctatatbtctdtf-30-20-1001020300100200300下行线上行线列车运行速度列车运行速度050100150200250-30-20-10010203040 A口 B口 A井 B井列车驶停泊车站列车驶向车站列车驶离车站时 间(s)压力(Pa)tftdtbtctatatbtctdtf-30-20-1001020300100200300下行线上行线列车运行速度列车运行速度050

9、100150200250-5-4-3-2-10123456 A口 B口 A井 B井列车驶停泊车站列车驶向车站列车驶离车站速度(m/s)时 间(s)tftdtbtcta活塞风井排风活塞风井排风率率1 1:活塞风井排风活塞风井排风率率1 1:列车进站列车进站（排风）（排风）双活塞风井设置模式双活塞风井设置模式单活塞风井设置模式单活塞风井设置模式总排风量：总排风量：总排风量：总排风量：列车离站列车离站（进风）（进风）地面出入口进风率地面出入口进风率2 2:地面出入口进风地面出入口进风率率2 2:双活塞风井设置模式双活塞风井设置模式单活塞风井设置模式单活塞风井设置模式总进风量：总进风量：总进风量：总进

10、风量：列车进站列车进站（排风）（排风）活塞风井排风活塞风井排风率率1 1:活塞风井排风活塞风井排风率率1 1:活塞风井距离站台活塞风井距离站台50m活塞风井距离站台活塞风井距离站台100m总排风量：总排风量：总排风量：总排风量：地面出入口进风率地面出入口进风率2 2:地面出入口进风地面出入口进风率率2 2:列车离站列车离站（进风）（进风）活塞风井距离站台活塞风井距离站台50m活塞风井距离站台活塞风井距离站台100m总进风量：总进风量：总进风量：总进风量：1200m736m0500100015002000-300-200-1000100200300压力(Pa)下行线列车行程(m) 下行线 上行线

11、21.7%21.7%16.1%16.1%区间隧道长度越长，区间隧道长度越长，活塞风井的排风率减小。活塞风井的排风率减小。列车进站列车进站（排风）（排风）排风量：排风量：排风量：排风量：1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析计算结果分析5 5、结论结论 列车进站列车进站过程中过程中，单、双单、双活塞风井的排风率活塞风井的排风率1 1 相差相差不大不大；列车离站列车离站过程中过程中，单活塞风井地面出入口通道的，单活塞风井地面出入口通道的可引入更可引入更多室外风量，地

12、面出入口多室外风量，地面出入口进风率进风率2 2 是双活塞风井的是双活塞风井的2 2倍倍（51.8%51.8%），），单活塞风井模式单活塞风井模式更优！更优！ 单活塞风井模式下，活塞风井单活塞风井模式下，活塞风井距离距离站台站台进站端进站端的间距的间距增大增大时（时（50m50m、100m 100m ），），活塞风井的排风率活塞风井的排风率1 1增加增加（56.8%62.7%56.8%62.7%），地面出入口的进风率，地面出入口的进风率2 2 也也增加增加（51.8%57.7%51.8%57.7%），），适当加大距离有利！适当加大距离有利！ 地铁区间隧道长度长，活塞风井排风率地铁区间隧道长度长，活塞风井排风率1 1减减小小，不利！不利！01020304050607080902025303540455000:0001:0002:0003:0004:0005:0006:0007:0008:0009:0010:0011:0012:0013:00