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公路隧道通风设计计算详细案例

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公路隧道通风设计计算详细案例
以双向交通二级公路隧道为例
第四章 通风计算
4.1隧道需风量计算
隧道通风的基本参数：
道 路 等 级：二级公路，单洞双向两车道
设计行车速度：vt=60km/h=16.67m/s
空气密度： ρ=1.20kg/m3
隧道内平均气温： tm=20℃
隧道长度： L=1536.404m
隧道坡度： i=+1.30%
隧道断面积： Ar=57.74m2
隧道当量直径： Dr==7.787m
设计交通量： 3500 (pcu/d)（近期）;5000(pcu/d)（远期）
交通组成： 汽油车：小型客车32% ，小型货车24%，中型货车12%；
柴油车：中型货车10% ，大型客车14% ，大型货车8%；
其他： 上下行比例为54：46，高峰小时系数为0.12
4.1.1CO排放量
（1）取CO基准排放量为：
近期：qCO=0.007×（1-2%）15=0.0052m3/(veh·km)
远期：qCO=0.007×（1-2%）30=0.0038m3/(veh·km)
阻滞时近期：qCO=0.015×（1-2%）15=0.0111m3/(veh·km)
阻滞时近期：qCO=0.015×（1-2%）30=0.0082m3/(veh·km)
（2）考虑CO的车况系数为：fa=1.1
（3）依据规范，分别考虑工况车速60 km/h，40 km/h ，20km/h，10km/h（阻滞）。不同工况下的速度修正系数fiv和车密度修正系数fd如下表：
表4-1 各工况下CO的速度与密度修正系数
工况车速（km/h）
60
50
40
30
20
10
fiv
i=1.30上行）
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.8
i=-1.30%（下行）
1.0
1.0
1.0
0.8
0.8
0.8
fd
1
1.2
1.5
2
3
6
（4）考虑CO海拔高度修正系数：
平均海拔高度：H=876.112+896.0852=886.099.00m，fh=1.270
（5）考虑CO的车型系fm数如下表：

表4-2 CO的车型修正系数
车型
各种柴油车
汽油车
小客车
旅行车、轻型货车
中型货车
大型货车、拖挂车
fm
1.0
1.0
2.5
5.0
7.0

（6）交通量分解
4-3 不同车型车辆折算系数
汽车代表车型
车辆折算系数
说明
小客车
1.0

中型车
1.5

大型车
2.0

拖挂车
3.0

高峰小时交通量按日交通量的12%取值
近景高峰小时交通量为：3500×12%=384（pcu/h）；计算后混合交通量为353（veh/h）
远景高峰小时交通量为：5000×12%=600（pcu/h）；计算后混合交通量为504（veh/h）
由于所给交通量是基于标准车的，所以车辆数需除以相应的车辆折算系数。
表4-4 不同车型交通量
车型
汽油车

柴油车
小客车
轻型货车
中型货车
中型货车

大型客车
大型货车
近期交通量
80
54
61
40
20 14
17
11
23
16
10
7
134
101
34
28
39
17
远期交通量
115
81
86
58
29 19
24
16
34
22
14
10
192
144
48
40
56
24
注：上坡方向交通量按60%计，下坡交通量为40%。

（7）计算各工况下全隧道的CO排放量：
vt=60km/h
QCO=13.6×106·qCO·fa·fd·fh·fiv·L·m=1n（Nm·fm）
计算各工况车速下CO排放量如表所示：

表4-5 各工况车速下CO排放量（单位：10-2m3/s）
工况车速
60
50
40
30
20
近期CO排放量
0.119
0.080
0.142 0.096
0.178
0.120
0.237
0.128
0.356
0.192
0.199
0.238
0.298
0.365
0.548
远期CO排放量
0.124
0.084
0.149
0.100
0.186
0.125
0.248
0.134
0.372
0.201
0.208
0.249
0.311
0.482
0.573
V=10km/h时按照交通阻滞来计算，阻滞长度是按最长1000m计算
近景时 QCO=0.791+0.533=1.324（10-2m3/s）
远景时 QCO=0.835+0.564=1.399（10-2m3/s）
（8）最大CO排放量：有上述计算可以看出，在远期交通发生阻塞时，CO排放量最大，为：
QCO=1.399×10-2m3/s
4.1.2稀释CO的需风量
（1）根据规范，隧道长度在1536.4时，内插计算得隧道内CO设计浓度为：
δ=136.6ppm
（2）隧道内平均气温：tm=20℃，换算为绝对温度T=273+20=293K
（3）隧址大气压无实测值，按下式计算：P=Po·e-ghRT
式中：Po--标准大气压，101325Pa；
g--重力加速度，9.81m/s2；
h—隧址平均海拔高度，本隧道为886.10m
R—空气气体常数，287J/kg·K
计算可得：P=91374Pa
（4）稀释CO的需风量：
Qreq（CO）=QCOδ·P0P·TT0×106=121.889m3/s
4.1.3烟雾排放量
（1）烟雾的基准排放量： 近期：qVI=2.0×（1-2%）15=1.477m3/辆·km
远期：qVI=2.0×（1-2%）30=1.091m3/辆·km
（2）考虑烟雾的车况系数为：fa=1.2
（3）依据规范分别考虑工况车速60 km/h，50 km/h ， 40 km/h ，30 km/h ，20km/h，10km/h（阻滞）。不同工况下的速度修正系数fiv（VI）和车密度修正系数fd如下表；
表4-6 不同工况下烟雾对应的车速和密度修正系数
工况车速（km/h）
60
50
40
30
20
10
fiv
i=1.3%（上行）
1.715
1.715
1.205
0.960
0.759
0.759
i=-1.3%（下行）
0.690
0.690
0.655
0.570
0.470
0.470
fd
1
1.2
1.5
2
3
6

（4）柴油车交通量分解
表4-7柴油车交通量
车型
中型货车
大型客车
大型货车
近期交通量
17
11
23
16
10
7
28
39
17
远期交通量
24
16
34
22
14
10
40
56
24
（5）考虑烟雾海拔修正系数：
平均海拔高度：H=876.112+896.0852=886.099.00m，fh=1.146
（6）考虑烟雾的车型系数如下表
表4-8 烟雾的车型修正系数
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
0.4
1.0
1.5
3～4
（7）计算各工况下全隧道的烟雾排放量：
vt=60km/h
QVI=13.6×106·qVI·fa（VI）·fd·fh（VI）·fiv（VI）·L·m=1nD（Nm·fm（VI））
计算各工况车速下烟雾排放量如表所示：
表4-9 各工况车速下烟雾排放量（单位：m3/s）
工况车速
60
50
40
30
20
近期排放量
0.099
0.027
0.119
0.033
0.104
0.039
0.111
0.045
0.131
0.056
0.126
0.152
0.143
0.156
0.187
远期排放量
0.105
0.028
0.127
0.034
0.111
0.040
0.118
0.047
0.140
0.058
0.133
0.161
0.151
0.165
0.198
V=10km/h时按照交通阻滞来计算，阻滞长度是按最长1000m计算
近景时 QCO=0.171+0.072=0.243m3/s）
远景时 QCO=0.182+0.075=0.257m3/s）
（8）最大烟雾排放量：有上述计算可以看出，在远景隧道阻塞时，烟雾排放量最大，为：
QVI=0.257m3/s
4.1.4稀释烟雾的需风量
（1）根据规范，取烟雾浓度设计值为K=0.0070m-1，则烟雾稀释系数为C=0.0070
2）烟雾稀释的需风量为：
QreqVI=QVIC=36.714m3/s
4.1.5稀释空气内异味的需风量
取每小时换气次数为5次，则有：
Qreq（异）=Ar·Lt·n=57.74×1536.43600×5=123.211m3/s
4.1.6考虑火灾时排烟的需风量
取火灾排烟风速为Vr=3m/s，则需风量为：
Qreq（火）=Ar·Vr=57.74×3=173.220m3/s
4.1.7结论
综合以上计算可确定隧道通风需风量：（单位：m3/s）
Qreq=173.220m3/s

4.2双向交通隧道射流风机纵向通风计算
4.2.1计算条件
隧道长度： Lr=1536.404.00m
隧道断面积： Ar=57.74m2
断面当量直径： Dr=7.787m
设计交通量： N=3500pcud=420pcuh=353veh/h
近景大型车混入率： r1=22%
远景大型车混入率： r1=30%
隧址空气密度： ρ=1.08kg/m3
隧道设计风速： vr=QreqAr=3m/s
4.2.2内所需升压力
（1）空气在隧道内流动受到的摩擦阻力及出入口损失为：
∆Pr=1+ξe+λr·LrDr·ρ2·vr2=1+0.5+0.02×1536.47.787×1.082×32=26.47Pa
（2）隧道两洞口的等效压差，自然风速取2m/s，隧道内自燃通风力为：
∆Pm=1+ξe+λr·LrDr·ρ2·vn2=1+0.5+0.02×1536.47.787×1.082×22=11.76Pa
（3）交通风产生的风压力为：
∆Pt=AmAr·ρ2·n+·（vt-vr）2-AmAr·ρ2·n-·（vt+vr）2
汽车等效抗阻面积：
Am=1-rl·Acs·ξc1+rl·Acl·ξc2=1.10m2
Acs—小型车正面投影面积，为2.13m2
ξci—小型车或大型车的空气阻力系数，ξci=0.0768xi +0.35
xi 第i种车型在隧道内的行车占有率
Acl—大型车正面投影面积，为5.37m2
由计算表得各工况车速下所需升压力
表4-10 各工况车速所需升压力

近期计算表
工况车速
60
50
40
30
20
10
vt
22.22
16.67
11.11
8.33
5.56
2.78
△Pt
-3.934
-4.767
-5.583
-6.366
-7.063
-7.423
△P
42.164
42.997
43.813
44.596
45.293
45.653

远期计算表
工况车速
80
60
40
30
20
10
vt
22.22
16.67
11.11
8.33
5.56
2.78
△Pt
-5.914
-7.041
-8.145
-9.204
-10.148
-10.635
△P
44.144
45.271
46.375
47.434
48.378
48.865
最大升压力为48.865Pa。
4.2.3射流风机所需台数
900型射流风机每台的升压力∆Pj根据下式计算：
∆Pj=ρ·Vj2·Φ·1-ψ∙η=5.56N/m2
Aj=0.636m2；Φ=AjAr=0.01101；Vj=25m/s；ψ=VrVj=0.12;η=0.85
i=∆p∆pj=8.78台≈9台
若按照两台一组布置，需布置5组,共布置10台，并有一定安全储备

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