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二〇一五年六月五日I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...............................................................................................9参考文献.......................................................................................................................9《隧道运营及灾害控制》课程作业31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=80km/h；空气密度：ρ=1.2kg/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=68.05m2；隧道当量直径：Dr=8.41m；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=20°C；拟设计通风方式：纵向通风；火灾时排烟风速：3m/s。《隧道运营及灾害控制》课程作业322.2隧道中CO排放量隧道中CO的排放量计算公式如式（1）所示：)(106.3116conmmmtvhdacofNLffffqQ（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0.01m3/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《隧道运营及灾害控制》课程作业33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=0.01m3/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=3278.1971800990；（5）考虑CO的车型系数fm按表2-3选取；《隧道运营及灾害控制》课程作业34（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15000×0.5×0.12×1.1=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：sm103614.2））52385.21781148（59129238（15000.13278.175.0101.0106.3132-6coQ2.3稀释CO需风量稀释CO的需风量计算公式如式（1）所示：600req(co)10TTppQQco（2）其中：req(co)Q—稀释CO的需风量；—隧道CO容许浓度，ppm，按表2-5和2-6取；0p—标准大气压，kN/m2，取101.325kN/m2；P—设计气压；0T—标准气压，k取273k；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m1000m3000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δ=）（ppm5.237200501000-30001500-3000；《隧道运营及灾害控制》课程作业35（2）设计温度tm=20°C，换算成绝对温度T=273+20=293K；（3）隧道设计气压Pa90273-101325-29328799081.90eeppRTgh；（4）稀释CO需风量s/m776.11910273293902731013255.237103614.2362-req(co)Q。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：DnmmmfNLffffqQ1)1V()V1(tv)V1(hda(V1)V16V1)(106.31（3）其中，V1Q——隧道全长烟雾排放量，m2/s。V1q—1辆标准车行驶1km所排放的烟雾量，m3/辆•km，可取2.5m3/辆•km。Dn——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《隧道运营及灾害控制》课程作业36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V1q=2.5m3/辆•km（2）考虑烟雾的车况系数为a(V1)f=1.0（3）考虑时速车密度df=0.75.（4）考虑烟雾海拔高度系数177.188.099020006.0)V1(hf（5）考虑烟雾的纵坡-车速系数)V1(tvf=0.55·（6）烟雾排放量，将式（3）中各系数带入可得：sm263.05.1595.11291238150055.0177.175.00.15.2106.3136V1）（Q（7）稀释烟雾需风量稀释烟雾需风量计算公式如式（4）所示：CV1)V1(reqQQ（4）其中，C——烟雾稀释系数。《隧道运营及灾害控制》课程作业37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：sm571.37107263.033-)V1(reqQ2.5稀释空气内异味需风量取每小时换气5次，有：sm77.14153600150005.683r)(reqntLAQ异2.6考虑火灾时的排烟量取火灾排烟风速为sm3rV，得：sm15.204305.683)(reqrrVAQ火综上，隧道设计需风量为204.15m3/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=2m/s；大型车混入率：r1=19%；小型车正面投影面积Acs=2.13m2、空气阻力系数ξcs=0.5，大型车正面投影面积Acl=5.37m2、空气阻力系数ξcl=1.0；射流风机选型：900型，出口风速vj=25m/s，位置摩阻损失折减系数η=0.85。计算行车速度：vt=80km/s=22.22m/s3.2自然风阻力《隧道运营及灾害控制》课程作业38自然风阻力为：Pa545.11222.1)41.81080025.06.01(2)1(22nrrremvDLP隧道设计风速为sm305.6815.204r