基于活塞风地铁车站出入口引入新风的流动特性

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随着越来越多的人选择地铁出行,能够为乘客提供一个具有较好地空气品质的地下交通环境,已成为确保地铁系统正常运营的必要条件之一。为了将大量新风引入到地下车站,需要消耗大量的风机输送能耗。大多数空调通风工程的实际运行结果表明,夏季空调系统处理新风的能耗约占空调系统总能耗的30%,风机能耗在整个空调通风系统能耗中所占的比例甚至高达50%左右。  地铁列车在区间隧道内运行产生的活塞风可以使室外新风和车站内空气交替地引入和排出,实现通风换气。因而,如何充分有效地利用地铁活塞风,提高地铁建筑中的自然能源利用率以减少对化石能源的依赖,将是对建设绿色低碳地铁环控系统的重要挑战。  从压力分布出发,理论分析并结合Fluent动网格技术分析了活塞风的形成机理;基于一维空气动力学理论推导活塞风速的计算公式,并结合SES软件对活塞风速的影响因素进行了模拟分析,运用综合局部阻力系数概念,使公式得到简化;进一步定性分析了活塞风对地铁车站空气环境的影响,并确定了活塞风对地铁车站内空气流动影响的评价指标分别为新风量、新风流动时间、掺混比、换气次数,为后续研究提供了理论基础。  基于活塞风地铁车站出入口引入新风的流动特性的研究方法,采用对SES软件地铁车站隧道口风速的模拟结果编写UDF文件作为边界条件赋值到Fluent进行三维动态模拟,模拟过程中重点选用组分输运模型来区分车站内不同的空气种类,通过现场实测地铁车站两个地面出入口处的空气流动速度变化规律来验证数值模拟的准确性,证明了此研究方法的可行性,提供了研究方法。  采用数值模拟并结合理论分析及模型试验研究发现,基于活塞风作用下,地铁车站安全门的不同设置高度(无、半高、全高等)对地铁车站出入口空气流动特性影响不明显,为后续研究提供了工况选取支撑,即决定地铁车站内空气品质的研究以无安全门地铁车站为研究对象。  以无安全门地铁车站为例,模拟分析了客流平谷和高峰时段内活塞风引入室外新风到达车站通道、站厅以及站台区域的时间、新风量、新风掺混比以及换气次数等车站内环境空气品质,研究表明,活塞风通过地铁地面出入口引入的室外新风对车站各区域的贡献度大小依次为通道、站厅和站台;另外,客流高峰时段引入的室外新风量要小于客流平谷时段,空气品质也不及平谷时段。
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