一種曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗方法
2023-06-18 22:42:51
專利名稱：一種曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗方法
技術領域：
本發明涉及隧道通風防災技術領域的摩擦阻力係數模擬試驗技術。尤其涉及曲線隧道的通風沿程摩擦阻力係數的模擬試驗技術。
背景技術：
目前，人們在確定隧道通風沿程摩擦阻力係數時，通常的做法有三種(I)經驗取值法，即根據以往的經驗數據，在某一範圍內隨機取值；(2)現場測試法，即通過現場的實測獲得數據(參見《中國公路學報》第18卷第I期的「噴射混凝土襯砌隧道通風阻力係數 測試研究」);(3)數值計算法，即通過建立數值計算模型，通過計算機計算而得。這三種方法都存在一定的局限性。首先，經驗取值法中取值範圍內的摩擦阻力係數大多是對直線隧道摩擦阻力係數的累積和統計，其中鮮有曲線隧道的摩擦阻力係數數據。顯然，在進行曲線隧道的通風設計時，如果採用經驗取值法確定摩擦阻力係數則不可避免會造成誤差，尤其在遇到曲線半徑較小，而轉角又很大的情況下，風流狀態與直線的情況完全不同，仍然採用經驗取值法就有可能造成不可接受的結果。其次，現場測試法確實能夠獲得較為準確的摩擦阻力係數，但它由於對施工或運營存在幹擾，可能帶來其它不良後果，也無法開展摩擦阻力係數與曲線半徑或曲線轉角間關係的研究以及類似涉及不同曲線半徑或轉角等的研究內容。最後，數值計算法雖然可以克服上述兩種方法的不足，但在遇到曲線隧道時，由於缺乏實際的測試數據進行驗證，其結果無法得到有效確認。目前，還未見有有關曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數相關研究的模型試驗方法的報導。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述缺點，提供一種曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗方法。該方法可以模擬曲線隧道並開展有關隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗，解決在開展曲線類隧道通風沿程摩擦阻力係數有關模型試驗時尚無試驗方法可供採用的難題。本發明的曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗方法包括以下步驟I)、選擇適當的相似比，分段製作出模擬原型曲線隧道的曲線模型隧道和供整流用的直線模型隧道；2)、根據相似比選用與原型隧道壁面粗糙度相應的砂紙，將其光滑面與曲線模型隧道內表面相貼合；3)、將分段製作的各段曲線模型隧道密閉連接起來，且曲線模型隧道連接長度不小於待測長度；4)、將上步驟所得的曲線模型隧道的一端與直線模型隧道密閉連接，且直線模型隧道的連接長度不小於整流所需長度，曲線模型隧道的另一端通過過渡節與帶測試小孔的整流圓管連接，整流圓管與試驗風機相連接，直線模型隧道另一端連接一個喇叭口 ；5)、在處在待測長度兩端點的兩節曲線模型隧道上分別安裝靜壓測試管；
6)、調節模型隧道、整流圓管及風機出口的軸線處於同一水平高度；7)、將兩支L型皮托管分別從兩側水平插入整流圓管的測試小孔內，再將另一支L型皮托管從整流圓管上方豎直向下插入測試小孔，插入深度滿足有關規定，皮托管進風管嘴的軸線與風流截面垂直；8)、靜壓測試管接微壓計，三支皮托管與三個微壓計分別相接；9)、將風機與變頻器電連接，啟動風機進行抽風，利用變頻器調節風量到試驗風量;10)通過微壓計測得試驗風量下曲線模型隧道內的動壓值和待測長度下的靜壓差值，將靜壓差值和動壓值代入公式計算即可得到曲線模型隧道內的摩擦阻力係數。在本發明的曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗方法中，根據相似比分段制 作的模型隧道在斷面形狀和曲線半徑方面保證了與原型隧道的幾何相似性；模型隧道試驗風速與原型隧道待測風速之間的關係滿足兩個幾何相似的封閉系統中不可壓縮流體的動力相似條件；而砂紙粗糙面的粗糙度與原型隧道粗糙度保持相似。因此，根據相似理論，通過滿足上述條件的模型試驗所測得的試驗風量下的通風沿程摩擦阻力係數即與原型隧道待測風速下的沿程摩擦阻力係數相吻合。本方法的優點是取材容易，簡單可行。模擬試驗得到的結果與實際數值計算結果相比較，達到了工程上可接受的精度要求。解決了開展諸如曲線類隧道通風沿程摩擦阻力係數與曲線半徑或曲線轉角關係等相關研究時尚無有效的模擬試驗方法可用的難題。也為今後數值計算法使用範圍的擴大奠定了基礎。本發明的內容結合以下實施例作更進一步地說明，但本發明的內容不僅限於本實施例中所涉及的內容。
圖I是本發明方法的模型結構及布置示意圖。圖2是圖I的B-B放大視3是圖I的A-A放大視圖
具體實施例方式本方法以雅瀘高速公路上的小半徑螺旋型曲線隧道一鐵寨子I號隧道為原型隧道開展模擬驗證試驗。該原型隧道實際壁面粗糙度為I. 12cm，原型隧道待測阻力係數的實際風量大小約為24m3/s。模擬試驗相似比取I : 24，相似換算後試驗風量約為I. 0m3/s ;原型隧道曲線半徑為600m。參見圖I 3，I)、根據相似比，用玻璃鋼一類的材料按軸線曲線長度為Im分段製作斷面形狀與原型隧道相似、曲線半徑為25m、連接後轉角可達120°的曲線模型隧道12。根據相似比製作出長度足夠的整流用直線模型隧道11 ;2)、根據上述原型隧道壁面粗糙度和採用的相似比定製粗糙度為O. 46mm的砂紙2，並將砂紙的光滑面與曲線模型隧道內表面相貼合，從而模擬出隧道壁面粗糙度；3)、製作出尺寸對應的進風喇叭口 10，選購內徑為O. 285m且長度足夠的內壁光滑圓管作為整流圓管9， 選購L型皮托管8、18、19、軟管3、微壓計16、變頻器17以及滿足上述通風風量等條件的試驗風機14 ；4)、將中鐵西南院蛾眉試驗基地一閒置廠房作為模擬試驗場地，按25m曲線半徑及待測長度或待測轉角角度布置好模型隧道；5)、在待測長度兩端點的兩節曲線模型隧道上分別安裝好靜壓測試管4 ；6)、將曲線模型隧道12的一端與直線模型隧道11相連接，另一端通過過渡節13與整流圓管9連接，整流圓管再與試驗風機14連接，直線模型隧道11的另一端連接一個喇叭口 10 ；7)、調節曲線模型隧道、直線模型隧道、整流圓管和風機出風口的軸線處於同一水平高度；8)、將L型皮托管18、19分別從兩側水平插入整流圓管9的測試小孔內，另一支皮托管8從整流圓管上方豎直向下插入測試小孔，皮托管進風管嘴的軸線與風流截面垂直，三支皮托管均由皮托管支架7固定；9)、靜壓測試管4、L型皮托管8、18、19與微壓計16之間均用軟管3連接，圖中15是實驗臺；10)、採用玻璃膠密封各連接接縫及接口，檢查整個試驗模型隧道的氣密性；11)、接好風機14和變頻器17的用電線路；12)、微壓計調零，開啟風機，利用變頻器調節風量到試驗風量；13)、穩定後讀取靜壓差值和動壓值；14)、由獲得的靜壓差值和動壓值代入公式計算即可得到曲線模型隧道內的摩擦阻力係數。試驗結果採用了與數值計算結果相互比較的方式進行驗證。試驗結果與計算結果見表I。表I 試驗與計算λ的比較
權利要求
1.一種曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗方法，其特徵是所述的模擬試驗方法包括以下步驟 . 1)、選擇適當的相似比，分段製作出模擬原型曲線隧道的曲線模型隧道和供整流用的直線模型隧道； .2)、根據相似比選用與原型隧道壁面粗糙度相應的砂紙，將其光滑面與曲線模型隧道內表面相貼合； .3)、將分段製作的各段曲線模型隧道密閉連接起來，且曲線模型隧道連接長度不小於待測長度； .4)、將上步驟所得的曲線模型隧道的一端與直線模型隧道密閉連接，且直線模型隧道的連接長度不小於整流所需長度，曲線模型隧道的另一端通過過渡節與帶測試小孔的整流圓管連接，整流圓管與試驗風機相連接，直線模型隧道另一端連接一個喇叭口 ； .5)、在處在待測長度兩端點的兩節曲線模型隧道上分別安裝靜壓測試管； .6)、調節模型隧道、整流圓管及風機出口的軸線處於同一水平高度； .7)、將兩支L型皮托管分別從兩側水平插入整流圓管的測試小孔內，再將另一支L型皮托管從整流圓管上方豎直向下插入測試小孔，插入深度滿足有關規定，皮托管進風管嘴的軸線與風流截面垂直； .8)、靜壓測試管接微壓計，三支皮托管與三個微壓計分別相接； .9)、將風機與變頻器電連接，啟動風機進行抽風，利用變頻器調節風量到試驗風量； .10)、通過微壓計測得試驗風量下曲線模型隧道內的動壓值和待測長度下的靜壓差值，將靜壓差值和動壓值代入公式計算即可得到曲線模型隧道內的摩擦阻力係數。
全文摘要
一種曲線隧道通風沿程摩擦阻力係數模擬試驗方法，屬隧道通風防災技術領域。其內容包括選擇適當的相似比，分段製作出曲線模型隧道和供整流用的直線模型隧道；選用砂紙作為曲線模型隧道內表面；將曲線模型隧道與直線模型隧道、整流圓管連接，整流圓管與試驗風機連接；在待測長度兩端點的曲線模型隧道上安裝靜壓測試管，將皮托管插入整流圓管的測試小孔內，外接微壓計，由風機提供試驗風量，將測得的靜壓差值和動壓值代入公式計算即可得到曲線模型隧道內的摩擦阻力係數。模擬試驗得到的結果與實際數值計算結果相比較，達到了工程上可接受的精度要求。
文檔編號G01M9/00GK102636328SQ20121010462
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月11日 優先權日2012年4月11日
發明者伍曉軍, 張博, 徐辰丁, 塗文軒, 王書科, 羅建春, 袁瑋, 高菊茹, 黃承軍 申請人:中鐵西南科學研究院有限公司