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地铁活塞风与地铁环控节能

作　者: 王丽慧
导　师: 吴喜平
学　校: 同济大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 地铁活塞风 区间各单元 车站各单元 速度场 温度场 模型试验 现场实测 SES数值模拟
分类号: U231
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 651次
引　用: 14次
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内容摘要


地铁列车在隧道内运行产生的活塞风与地铁通风和能耗关系密切。随着地铁的广泛应用，有关活塞风影响规律的深入研究对于实现地铁运营节能具有重要的理论价值和实际意义。论文重点研究活塞风对区间和车站各单元速度场和温度场的影响规律，分析有关活塞风影响效果的各因素，并给出能耗对比分析。论文综合运用了理论分析、模型试验、现场实测和数值模拟等研究方法。其中，模型试验首次以重物下落作为列车运行动力，建立区间隧道微缩模型，研究隧道内活塞风风速的影响因素和分布规律；现场实测就各季节、各时段、各车况下对站台层、站厅层、楼梯、出入口、活塞风井和迂回风道的速度和温度进行测试，同时进行列车专开试验和隧道温度全天监测，得到大量翔实的实测数据；数值模拟借助SES地铁环控模拟软件，定性定量的分析活塞风对区间和车站各单元速度场和温度场的影响规律，开拓了SES在科研领域的应用范围；在理论分析中，综合运用了一维稳定流理论、一维非稳定流理论、科特湍流理论和三维非稳定可压缩流假设。同时引入速度增加倍数和最大升温幅度等无量纲量，完善了相关理论，使研究更为直观便捷。通过活塞风对区间隧道各单元温度场和速度场影响规律的研究得到：列车以匀速、变速行驶时，区间隧道、活塞风井和迂回风道速度场的变化特点，区间三维方向上风速分布规律；区间隧道气温随时间、列车位置的变化过程，隧道内气温与壁温的相互影响，以及活塞风井温度的变化规律；对比了不同时段活塞风对区间、活塞风井和迂回风道速度场和温度场影响的累积效果。由活塞风对车站各单元速度场和温度场影响规律的分析得到：站台、楼梯、出入口风速随时间的变化过程，以及列车变速时，风速随车速和列车位置的变化规律；站台、站厅风速和温度在纵向、竖向和水平方向上分布的特点；各单元速度场和温度场随车况、随时段的变化特点。在活塞风影响规律研究的基础上，运用单因素试验分析了改善活塞风影响效果的各因素，并通过正交试验给出显著性分析，对比不同工况下活塞风引起的能耗状况，为扬长避短地利用活塞风，实现地铁运营节能提供参考。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-14
第1章 绪论  14-19
  1.1 课题研究背景  14-15
  1.2 国内外研究现状及不足  15-16
  1.3 论文研究内容  16-18
    1.3.1 研究方法  17
    1.3.2 研究内容  17-18
  1.4 论文研究意义  18-19
第2章 基本研究方法说明  19-37
  2.1 模型试验  19-26
    2.1.1 国内外相关研究  19-21
    2.1.2 确保模型试验相似性  21-23
      2.1.2.1 确定相似准则数  21-22
      2.1.2.2 相似性分析  22-23
    2.1.3 搭建模型试验台  23-26
      2.1.3.1 模型试验目的、原理及试验台基本尺寸  23-26
      2.1.3.2 模型试验内容及意义  26
  2.2 现场实测  26-30
    2.2.1 国内外相关研究  26-27
    2.2.2 现场实测的内容及价值  27-28
      2.2.2.1 实测内容1无乘客影响的专开列车试验  27
      2.2.2.2 实测内容2不同季节、时段、车况下环控各单元测试  27-28
      2.2.2.3 实测内容3区间隧道温度场监测  28
    2.2.3 现场实测仪器及测点布置  28-30
  2.3 数值模拟  30-36
    2.3.1 选用SES模拟软件  30-33
      2.3.1.1 数值模拟特点及应用  30-31
      2.3.1.2 SES软件的介绍  31-33
    2.3.2 数学模型及模拟内容  33-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章 活塞风对区间隧道各单元速度场的影响  37-60
  3.1 活塞风对区间隧道速度场的影响  37-53
    3.1.1 一维空间内活塞风对区间隧道速度场影响规律的研究  37-48
      3.1.1.1 列车匀速运行时影响规律的理论分析、数值模拟和模型试验  37-42
      3.1.1.2 列车变速运行时影响规律的理论分析和数值模拟  42-48
    3.1.2 三维空间内活塞风对区间隧道速度场影响规律的研究  48-53
      3.1.2.1 基于科特湍流假设和三维可压缩非稳定流假设的理论分析  48-51
      3.1.2.2 三维空间内隧道速度场受活塞风影响的模型试验  51-53
    3.1.3 活塞风对区间隧道速度场影响的累积效应  53
  3.2 活塞风对活塞风井及迂回风道速度场的影响  53-58
    3.2.1 活塞风井速度场受活塞风影响规律的研究  53-57
      3.2.1.1 活塞风井速度场变化规律的理论分析  53-56
      3.2.1.2 活塞风井速度场随车速变化的数值模拟  56-57
      3.2.1.3 活塞风井速度场随车况变化的现场实测  57
    3.2.2 迂回风道速度场受活塞风影响规律的研究  57-58
    3.2.3 活塞风对活塞风井及迂回风道速度场影响的累积效应  58
  3.3 本章小结  58-60
第4章 活塞风对区间隧道各单元温度场的影响  60-72
  4.1 活塞风对区间隧道温度场的影响  60-68
    4.1.1 区间隧道气温变化规律的研究  60-64
      4.1.1.1 区间温升的理论分析  60
      4.1.1.2 区间气温随时间变化的现场监测和数值模拟  60-61
      4.1.1.3 区间气温随列车位置变化的数值模拟  61-64
    4.1.2 隧道壁温变化规律的研究  64-67
      4.1.2.1 隧道壁温变化的理论分析  64-66
      4.1.2.2 壁温与气温对比研究的数值模拟  66-67
    4.1.3 活塞风对区间隧道温度场影响的累积效应  67-68
  4.2 活塞风对活塞风井及迂回风道温度场的影响  68-70
    4.2.1 活塞风井温度变化特点的研究  68-70
    4.2.2 迂回风道温度变化特点的研究  70
  4.3 本章小结  70-72
第5章 活塞风对车站各单元速度场的影响  72-94
  5.1 活塞风对站台层速度场的影响  72-76
    5.1.1 站台层速度场变化规律的研究  72-75
      5.1.1.1 站台风速随时间变化的现场实测与数值模拟  72-73
      5.1.1.2 列车匀速运行时站台风速变化规律  73
      5.1.1.3 列车变速运行时站台风速变化规律  73-75
    5.1.2 站台层速度场空间分布规律  75-76
  5.2 活塞风对站厅层速度场的影响  76-78
    5.2.1 站厅层速度场变化规律的研究  77
    5.2.2 站厅层速度场空间分布规律  77-78
  5.3 活塞风对楼梯速度场的影响  78-83
    5.3.1 楼梯速度场变化规律的研究  79-80
      5.3.1.1 楼梯速度随时间变化的现场实测和数值模拟  79-80
      5.3.1.2 列车变速运行时楼梯风速变化规律  80
    5.3.2 楼梯速度场随车况变化的特性  80-81
    5.3.3 楼梯速度场随时段变化的特性  81-83
  5.4 活塞风对出入口速度场的影响  83-86
    5.4.1 出入口速度场变化规律的研究  83-85
      5.4.1.1 出入口速度随时间变化的现场实测和数值模拟  83-84
      5.4.1.2 列车变速运行时出入口风速变化规律  84-85
    5.4.2 出入口速度场随车况变化的特性  85
    5.4.3 出入口速度场随时段变化的特性  85-86
  5.5 车站各单元速度场比较  86-92
    5.5.1 实测数据比较  86-87
    5.5.2 模拟数据比较  87-92
  5.6 本章小结  92-94
第6章 活塞风对车站各单元温度场的影响  94-107
  6.1 活塞风对站台层温度场的影响  94-97
    6.1.1 站台层温度场空间分布规律  94-95
    6.1.2 站台层温度场随车况变化的规律  95-97
    6.1.3 站台层温度场随时段变化的规律  97
  6.2 活塞风对站厅层温度场的影响  97-99
    6.2.1 站厅层纵向各断面温度分布  97-98
    6.2.2 站厅层温度场随车况变化的规律  98
    6.2.3 站厅温度场随时段变化的规律  98-99
  6.3 活塞风对楼梯温度场的影响  99-101
    6.3.1 楼梯温度场随车况变化的规律  99-101
      6.3.1.1 不同类型楼梯温变的规律  99
      6.3.1.2 不同类型楼梯温变关系式的拟合  99-101
    6.3.2 楼梯温度场随时段变化的规律  101
  6.4 活塞风对出入口温度场的影响  101-103
    6.4.1 出入口温度场随车况变化的规律  102-103
    6.4.2 出入口温度场随时段的变化规律  103
  6.5 车站各单元温度场比较  103-106
    6.5.1 各季节地铁各单元平均温度比较  103-105
    6.5.2 一列车驶过车站各单元温变比较  105-106
  6.6 本章小结  106-107
第7章 改善活塞风影响效果的探讨  107-132
  7.1 单因素试验  107-113
    7.1.1 改变车速  107-109
    7.1.2 改变阻塞比  109-110
    7.1.3 改变车长  110-111
    7.1.4 改变隧道表面摩擦系数η_w  111-112
    7.1.5 改变列车表面摩擦系数η_0  112-113
  7.2 正交试验  113-121
    7.2.1 正交试验方案设计  113-115
      7.2.1.1 正交试验设计原理  113-114
      7.2.1.2 正交试验设计  114-115
    7.2.2 正交试验分析过程  115-118
    7.2.3 正交试验结果及经验公式  118-121
  7.3 车站规模与活塞风影响效果  121-122
    7.3.1 不同规模车站速度场比较  121
    7.3.2 不同规模车站温度场比较  121-122
  7.4 行车对数与活塞风影响效果  122-124
    7.4.1 理论基础  122-123
    7.4.2 行车对数对区间隧道速度场的影响  123
    7.4.3 行车对数对地铁各单元温度场的影响  123-124
    7.4.4 行车对数对隧道壁温的影响  124
  7.5 活塞风井面积变化与活塞风影响效果  124-126
    7.5.1 区间隧道和车站各单元速度场变化  125
    7.5.2 区间隧道和车站各单元温度变化  125-126
  7.6 迂回风道面积变化对活塞风影响效果的改变  126
  7.7 讨论室外温升的效果  126-128
    7.7.1 室外温升对隧道和车站各单元温度的影响  127-128
    7.7.2 室外温升对隧道壁温的影响  128
  7.8 各工况能耗分析  128-131
    7.8.1 能耗计算的原理  128-129
    7.8.2 能耗对比的分析  129-131
  7.9 本章小结  131-132
第8章 结论与展望  132-136
  8.1 主要结论  132-134
  8.2 论文创新点  134-135
  8.3 课题展望  135-136
致谢  136-137
参考文献  137-143
附录A 模型试验重锤质量的估算原理  143-144
附录B 现场实测仪器参数及测试参考标准  144-145
附录C 数值模拟结果  145-154
个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果  154

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 特种铁路 > 地下铁路
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