1、活塞效應(yīng)與地鐵車站新風(fēng)換氣,協(xié)同發(fā)展 領(lǐng)引未來 2014 年第十九屆全國暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會,主要內(nèi)容,1、地鐵發(fā)展現(xiàn)狀及問題,2、如何高效利用地鐵活塞效應(yīng),3、CFD動網(wǎng)格分析方法,4、計算結(jié)果分析,5、結(jié)論,截至2013年3月 17 城市運營中，64條線路, 運營里程2000km,12 城市建設(shè)中,24 城市規(guī)劃中,中國地鐵發(fā)展,北京1969,天津1976,上海1995,廣州1997,數(shù)據(jù)來源: 2012年中國城市軌道交通年報,數(shù)據(jù)來源: ,1970s，1、2號線 2013年，16條線路 10號環(huán)線全線貫通,北京地鐵發(fā)展,2020年,1000km,527km,數(shù)據(jù)來源: 北京地鐵通風(fēng)空調(diào)系

2、統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能研究課題研究報告(2011),PM,CO2,1. 地鐵車站內(nèi)空氣品質(zhì),2. 地鐵環(huán)控系統(tǒng)能耗巨大,如何實現(xiàn)地鐵系統(tǒng)的節(jié)能減排？,問題,主要內(nèi)容,1、地鐵發(fā)展現(xiàn)狀及問題,2、如何高效利用地鐵活塞效應(yīng),3、CFD動網(wǎng)格分析方法,4、計算結(jié)果分析,5、結(jié)論,區(qū)間隧道及站內(nèi)廢熱氣排出,室外新風(fēng) 被吸入,地鐵活塞效應(yīng),地鐵車站及區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定 著地鐵活塞效應(yīng)引起的區(qū)間隧道及車站 內(nèi)的空氣流動特性,列車進站時,列車離站時,半高安全門,全高安全門,屏蔽門,無站臺門,站臺門對活塞效應(yīng)的影響,除屏蔽門外，其他站臺門形式對活塞效應(yīng)的影響很小,活塞風(fēng)井模式對活塞效應(yīng)的影響,雙活塞風(fēng)井模式,單活塞風(fēng)

3、井模式,活塞風(fēng)井在出站端,活塞風(fēng)井在進站端,進站端活塞風(fēng)井,如何有效利用地鐵活塞效應(yīng),列車離站時：將更多室外空氣通過出入口引入地鐵車站內(nèi),列車進站時：將隧道及車站廢熱空氣及時排至室外,地鐵活塞效應(yīng)有效利用的評價指標,列車進站時：,活塞風(fēng)井排風(fēng)率1,活塞風(fēng)井排風(fēng)量,活塞風(fēng)井排風(fēng)量+地面出入口排風(fēng)量,=,列車離站時：,地面出入口進風(fēng)率2,地面出入口進風(fēng)量,活塞風(fēng)井進風(fēng)量+地面出入口進風(fēng)量,=,如何定量確定進、排風(fēng)量？,主要內(nèi)容,1、地鐵發(fā)展現(xiàn)狀及問題,2、如何高效利用地鐵活塞效應(yīng),3、CFD動網(wǎng)格分析方法,4、計算結(jié)果分析,5、結(jié)論,基本計算求解思路,列車運行速度,CFD動網(wǎng)格模型,三維復(fù)雜流動,

4、列車運動導(dǎo)致流場形狀隨時間改變,列車運動速度變化,一維模擬軟件（SES）,靜網(wǎng)格,CFD動網(wǎng)格模型,Fluent 動網(wǎng)格模型,動網(wǎng)格模型可以用來模擬流場形狀由于邊界運動而隨時間改變的問題。例如內(nèi)燃機、閥門、彈體投放和火箭發(fā)射都是包含有運動部件的例子。 邊界的運動形式可以是預(yù)先定義的運動，即可以在計算前指定其速度或角速度。,列車運行速度,(1),動網(wǎng)格模型守恒方程,速度向量,移動網(wǎng)格的網(wǎng)格速度,時間導(dǎo)數(shù)項,可用一階向后差分格式寫成:,(2),n和n+1代表不同的時間層,網(wǎng)格構(gòu)筑方式,彈簧光滑模式(spring-based smoothing) 局部重畫模式(remeshing) 動態(tài)輔層模式(d

5、ynamic layering) 適用于與運動邊界相鄰的網(wǎng)格為結(jié)構(gòu)型網(wǎng)格的模型，網(wǎng)格更新時的合并因子與分割因子可分別設(shè)置。,計算對象,1200m,140m,736m,雙、單活塞風(fēng)井模式哪種好？,活塞風(fēng)井距離站臺端多少合適？,區(qū)間隧道長度變化對活塞效應(yīng) 的影響？,分析問題,50m,100m,求解方法,以安定門車站及相連區(qū)間隧道為原型,區(qū)間隧道動網(wǎng)格， 車站及風(fēng)井靜網(wǎng)格 總網(wǎng)格數(shù)為2100,000個,PISO算法,標準k- 湍流模型,計算方法有效性驗證,B口風(fēng)速計算值與實測值對比,主要內(nèi)容,1、地鐵發(fā)展現(xiàn)狀及問題,2、如何高效利用地鐵活塞效應(yīng),3、CFD動網(wǎng)格分析方法,4、計算結(jié)果分析,5、結(jié)論,

6、計算結(jié)果分析,雙、單活塞風(fēng)井模式的影響比較,地鐵活塞效應(yīng)作用下的隧道空氣壓力分布,下行線列車,上行線列車,雙活塞風(fēng)井模式空氣壓力變化特性,列車運行速度,雙活塞風(fēng)井模式空氣速度變化特性,列車運行速度,ta,tb,tctd,tf,單活塞風(fēng)井模式空氣壓力變化特性,列車運行速度,ta,tb,tctd,tf,單活塞風(fēng)井模式空氣速度變化特性,列車運行速度,單、雙活塞風(fēng)井設(shè)置模式比較,活塞風(fēng)井排風(fēng)率1:68.8%,活塞風(fēng)井排風(fēng)率1:56.8%,列車進站（排風(fēng)）,雙活塞風(fēng)井設(shè)置模式,單活塞風(fēng)井設(shè)置模式,總排風(fēng)量：11786m,總排風(fēng)量：11215m,單、雙活塞風(fēng)井設(shè)置模式比較,列車離站（進風(fēng)）,地面出入口進風(fēng)

7、率2:26.3%,地面出入口進風(fēng)率2:51.8%,雙活塞風(fēng)井設(shè)置模式,單活塞風(fēng)井設(shè)置模式,總進風(fēng)量：10496m,總進風(fēng)量：9901m,優(yōu),計算結(jié)果分析,活塞風(fēng)井設(shè)置位置的比較,列車進站（排風(fēng)）,A井,B井,A口,B口,活塞風(fēng)井排風(fēng)率1:56.8%,活塞風(fēng)井排風(fēng)率1:62.7%,活塞風(fēng)井距離站臺50m,活塞風(fēng)井距離站臺100m,總排風(fēng)量：11215m,總排風(fēng)量：9644m,單活塞風(fēng)井設(shè)置位置的比較,優(yōu),單活塞風(fēng)井設(shè)置位置的比較,A井,B井,A口,B口,地面出入口進風(fēng)率2:51.8%,地面出入口進風(fēng)率2:57.7%,列車離站（進風(fēng)）,活塞風(fēng)井距離站臺50m,活塞風(fēng)井距離站臺100m,總進風(fēng)量：9

8、901m,總進風(fēng)量：8490m,優(yōu),計算結(jié)果分析,區(qū)間隧道長度對活塞風(fēng)井排風(fēng)率的影響,1200m,736m,區(qū)間隧道長度對活塞風(fēng)井排風(fēng)率的影響,21.7%,16.1%,A井,B井,區(qū)間隧道長度越長， 活塞風(fēng)井的排風(fēng)率減小。,列車進站（排風(fēng)）,排風(fēng)量：6523m,排風(fēng)量：8494m,主要內(nèi)容,1、地鐵發(fā)展現(xiàn)狀及問題,2、如何高效利用地鐵活塞效應(yīng),3、CFD動網(wǎng)格分析方法,4、計算結(jié)果分析,5、結(jié)論,結(jié)論,列車進站過程中，單、雙活塞風(fēng)井的排風(fēng)率1 相差不大；列車離站過程中，單活塞風(fēng)井地面出入口通道的可引入更多室外風(fēng)量，地面出入口進風(fēng)率2 是雙活塞風(fēng)井的2倍（51.8%），單活塞風(fēng)井模式更優(yōu)！ 單活塞風(fēng)井模式下，活塞風(fēng)井距離站臺進站端的間距增大時（50m、100m ），活塞風(fēng)井的排風(fēng)率1增加（56.8%62.7%），地面出入口的進風(fēng)率2 也增加（51.8%57.7%），適當(dāng)加大距離有利！ 地鐵區(qū)間隧道長度