隧道通风计算书.docx
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隧道通风计算书
隧道通风计算书
一、基本资料
公路等级:
二级公路
车道数及交通条件:
双车道,双向交通
设计行车速度:
V=60km/h=16.67m/s
隧道长度:
3900m
隧道纵坡:
1.1%
平均海拔高度:
1352.56m,(入口:
1331.13m,出口:
1374.03m)
通风断面积:
Ar=59.155m2
隧道断面当量直径:
Dr=7.871m(计算方法为Dr=4×Ar断面净空周长)
设计气温:
T=297k(22℃)
设计气压:
p=85.425kpa
空气参数:
容重γ=11.77KNm3,密度ρ0=1.20kgm3,运动粘滞系数v=1.52×10-5m2/s
二、交通量预测及组成(交通量预测10年)
大型车辆:
280辆柴油车
小型车辆:
1850辆汽油车
大型车比例:
r=13.15%
上下行比例:
1:
1
设计交通量:
N=280×2+1850=2410辆/h
三、需风量计算
L×N=3900×2410=9.399×106>2×106m●辆/h(使用错误,查规范P22式4.1.1-1双向交通应为6×105m*veh/h,单向交通为2×106m*veh/h),故需采用机械式通风方式。
设计CO浓度:
非阻滞状态250ppm,阻滞状态:
300ppm(使用错误。
查规范P34交通阻滞时,CO设计浓度δCO=150cm3m3,正常交通时,δCO=100cm3m3)
设计烟雾浓度:
K=0.0075m-1(使用错误,查P31表5.2.1-1使用钠光源时,k=0.0070m-1)
四、计算CO排放量
计算公式QCO=13.6×106×qCO×fa×fh×fd×fiv×L×m=1n(N×fm)
式中qCO=0.01m3/辆km(新规定,P42,6.3.1正常交通CO基准排放量0.007m3/(veh*km),交通阻滞0.015m3/(veh*km)),fa=1.1,fh=1.52,各种车型的fm=1.0,fiv和fd根据相应的工况车速查表确定(P43)
1.工况车速V=60km/h时,fiv=1.0,fd=1.0
QCO=13.6×106×0.01×1.1×1.52×1.0×1.0×3900×280×1+1850×1=0.0386m/s3
2.工况车速V=40km/h时,fiv=1.0,fd=1.5
QCO=13.6×106×0.01×1.1×1.52×1.0×1.5×3900×280×1+1850×1=0.0579m/s3
3.工况车速V=20km/h时,上坡fiv=1.0,下坡fiv=0.8fd=3.0
QCO=13.6×106×0.01×1.1×1.52×3.0×3900×[1.0×12×280+1850+0.8×12×(280+1850)]=0.1042m/s3
4.交通阻滞时V=10km/h时,fiv=0.8,fd=6.0,L=1000
QCO=13.6×106×0.01×1.1×1.52×0.8×6.0×1000×280×1+1850×1=0.0475m/s3
五、按稀释CO计算需风量(P43)
计算公式QreqCO=QCOδ×p0p×TT0×106
其中p0为标准大气压,取101.325kpa
P为隧址设计气压,p=p0×exp(-h29.28T)kpa
T0为标准气温273k
T为隧道设计夏季气温295k
1.非交通阻滞状态时,CO设计浓度δ=250ppm(查规范P34交通阻滞时,CO设计浓度δCO=150cm3m3,正常交通时,δCO=100cm3m3),v=20km/h时,CO排放量最大,QCO=0.1042m3/s
此时需风量为QreqCO=0.1042250×101.32585.425×295273×106=534.218m3/s
2.交通阻滞状态时,CO设计浓度δ=300ppm时,QCO=0.0475m3/s
此时需风量为QreqCO=0.0475300×101.32585.425×295273×106=202.937m3/s
比较之后,CO在v=20km/h时,稀释的需风量为534.218m3/s
六、计算烟雾排放量
计算公式Qv1=13.6×106×qv1×fav1×fhv1×fd×fivv1×L×m=1nD(Nm×fm(v1))
式中隧道烟尘排放量QVI,单位m2/s,qv1=2.5m3/辆km(P396.2.1粉尘基准排放量取2.0m2/(veh*km)),烟尘车况系数(P40)fav1=1.2,烟尘海拔高度系数fhv1=1.28,柴油车车型系数fm(v1)=1.5,Nm=280辆,烟尘纵坡-车速系数fiv(v1)和车密度系数fd根据相应的工况车速查表(P40表6.2.2-2)确定(P396.1.4确定需风量,按照设计速度以下各工况车速10km/h为一档分别计算)
1.工况车速V=60km/h时,fd=1.0,上坡fiv(v1)=1.6,下坡fiv(v1)=0.71
QCO=13.6×106×2.5×1.2×1.28×1.0×1.6+0.71×3900×1.5×280=2.018m2/s
2.工况车速V=40km/h时,fd=1.5,上坡fiv(v1)=1.17,下坡fiv(v1)=0.67
QCO=13.6×106×2.5×1.2×1.28×1.5×1.17+0.67×3900×1.5×280=2.411m2/s
3.工况车速V=20km/h时,fd=3.0,上坡fiv(v1)=0.75,下坡fiv(v1)=0.48
QCO=13.6×106×2.5×1.2×1.28×3.0×0.75+0.48×3900×1.5×280=3.224m2/s
4.交通阻滞(V=10km/h)时,fd=6.0,上坡fiv(v1)=0.75,下坡fiv(v1)=0.48
QCO=13.6×106×2.5×1.2×1.28×6.0×0.75+0.48×3900×1.5×280=1.653m2/s
七、按稀释烟雾计算需风量
计算公式Qreq(v1)=Qv1K
工况车速V=20km/h时,烟雾排放量最大Qv1=3.224m3/s
按照稀释烟雾计算的烟雾量Qreq(v1)=Qv1K=3.2240.0075=429.867m3/s
八、稀释空气中异味需风量(P46)
根据《隧道通风照明设计规范》(隧道通风设计细则)中规定:
“隧道内不间断换气频率,不少于每小时5次”(新规定。
查P365.4.1隧道空间最小换气频率不应低于每小时3次,采用纵向通风隧道,隧道换气风速不小于1.5m/s)。
得到Qreg=nLAr3600=5×3900×59.1553600=320.423m3/sn隧道最小换气频率取3
九、火灾排烟(P104)
1、采用纵向排烟的公路隧道,火灾排烟需风量
Qreq(f)=Ar×Vc
Vc隧道火灾临界风速m/s,(P105)
Qreq(f)=Ar×Vc=59.155×2.5=147.8875m3s
综合比较以上三种需风量,以V=20km/h的工况速度下稀释CO的需风量最大,因此设计需风量为Qreg=534.218m3/s
若采用射流风机纵向式通风方式,隧道内风速Vr=QregA=534.21859.155=9.03ms。
不符合《隧道通风照明设计规范》中“双向交通隧道内风速不大于8m/s”(P274.2.1单向交通隧道设计风速不宜大于10.0m/s,双向交通隧道不大于8m/s)的规定,因此决定采用竖井集中排风式纵向通风方式。
设计风压计算
一、设计参数
假设风的风向为从左到右,自然风风速Vn=2.5ms
竖井尺寸:
直径5.0m
通风面积:
19.625m2
高度:
217.5m
常用阻力系数(P48)
二、竖井左侧风压计算(左侧区段隧道长度L1=1950m)P50
左侧区段需风量Qrl=534.218×19503900=267.109m3/s
左侧区段隧道内风速Vrl=QrlArl=267.10959.155=4.52ms
通风阻抗力ΔPrl=1+ζe+λr×L1Dr×ρ2×vr2=0.6+0.02×19507.871×4.5222=68.093Pa
自然风阻力ΔPml=1+ζe+λr×L1Dr×ρ2Vn2=1+0.5+0.02×19507.871×1.22×22=15.73Pa
ΔPml隧道内自然风阻力,单位是N/m2,ζe=0.5隧道入口局部阻力系数,λr=0.02隧道壁面摩擦力系数,Dr=4×ArCr隧道段面当量直径(m),Vn=2m/s自然风引起的隧道内风速(P49)自然风的风向决定了是否为动力风,因此自然风阻力为矢量值有+-,符号表示风力的方向。
上下行比例1:
1,交通风压力公式为
ΔPt1=-AmAr×ρ2×4n+×v×vrl
式中汽车等效阻抗力面积Am=1-r1×Acs×εcs+r1×AC1×εc1,r1=13.15%,小型车正面投影面积Acs=2.13m2,εcs=0.5,大型车正面投影面积AC1=5.37m2,εc1=1.0。
Am=1-0.1315×2.13×0.5+0.01315×5.37×1.0=1.771m2
V=20km/h=5.56m/s时,n+=L1×NV1×2=1950×24102000m/h×2=118辆,
交通风压力为ΔPt1=-1.77159.155×1×1.22×4×118×5.56×4.52=-1601.383Pa
因此,左侧区段竖井底部压力为ΔP01=ΔPr1-ΔPm1-ΔPt1=3.333Vr12+354.288Vr1-24.581=68.093-24.581--1601.383=1644.895Pa
竖井右侧风压计算(右侧区段隧道长度L2=1950m)
因为L2=L1=1950m因此
右侧区段需风量Qr2=Qrl=267.109m3/s
右侧区段隧道内风速Vr2=Vrl=4.52ms
右侧区段隧道内通风抗阻力ΔPr2=ΔPrl=68.093Pa
右侧区段隧道内交通风压力ΔPt2=ΔPt1=-1601.383Pa
右侧区段隧道内自然风阻力自然风阻力ΔPm2=ΔPml=-24.581Pa
因此,右侧区段竖井底部压力为ΔP02=ΔPr2-ΔPm2-ΔPt2=3.333Vr22+354.288Vr2+24.581=68.093--24.581--1601.383=1694.057Pa
三、竖井吸出风量
为保证所需通风量,竖井底压力需取左右两侧区段中绝对值较大者。
因此取ΔP0=ΔP02=1694.057Pa,左侧风速按照ΔP0=1694.057Pa,计算
3.333Vr12+354.288Vr1-24.581=1694.05,得Vr1=4.648m/s
竖井通风量QS=Arvr1+vr2=59.155×4.648+4.52=542.333m3s
竖井内风速Vs=QSAS=542.33319.625=27.635m/s
四、竖井集中排风式通风所需风压
ΔP=(ΔP0+ΔPs)×1.1
其中竖井底部压力ΔP0=1694.057Pa
竖井损失压力ΔPs=1+εs+λs×LD×ρ2×vS=1+0.31+0.022×217.55×1.22×27.635=1038.776Pa
因此,通风所需风压值为
ΔP=(ΔP0+ΔPs)×1.1=1694.057+1038.776×1.1=3006.116Pa
选择轴功率为20000KW(取大了)的风机作为风道内抽风机。
(抽风机的选择)
射流风机:
同一断面布置1-2台
轴流风机:
全压输出功率的计算Sth=Qa×Ptot1000×(273+t0273+t1)×P1P0
式中Sth轴流风机全压输出功率(KW)
Qa轴流风机的风量(m3s)
Ptot轴流风机的设计全压(N/m2)
t0标准温度,取20℃