Расчет потерь давления при движении воздуха по тоннелю

8.1 Общие потери давления при движении воздуха складываются из потерь давлений:

на входе воздуха в тоннель DР_вх. и выходе из него DР_вых,

потерь на трение воздуха о стенки тоннеля DР_тр,

потерь на преодоление местных сопротивлений расширения- сужения воздушного потока,

потерь, связанных с действием гравитационной DР_гр, барометрической DР_б и ветровой DР_ветр составляющей естественной тяги,

потерь депрессии, на преодоление аэродинамического сопротивления движущихся (или стоящих) транспортных средств DР_порш..

DР_общ. = DР_вх. + DР_вых. + DР_тр + DP_{суж.(расш.)} +DР_гр. + DР_б. + DР_ветр. + DР_порш. (8.1)

8.2 Потери давления на входном портале тоннеля.

DР_вх = x_вх , Па (8.2)

где, r_а – плотность воздуха при температуре у портала с поступающей вентиляционной струей, кг/м³; G – расчетный расход воздуха в тоннеле, м³/с.

r_а = 0,465 (8.3)

где, Т_а – температура наружного воздуха, К.

8.3 Потери давления на портале тоннеля с исходящей вентиляционной струей.

DР_вых = x_вых (8.4)

где плотность r_в определяется при температуре воздуха на выходе из тоннеля.

8.4 Потери давления от трения воздуха о стены тоннеля, Па

DР_тр = 0,125 l_Т (8.5)

где l_Т –коэффициент трения, U_{T -} периметр тоннеля, r_в – плотность воздуха, рассчитанная по средней температуре воздуха в тоннеле.

8.5. Потери давления на преодоление сопротивлений при расширении сужении воздушного потока, Па

DP = 0,5 x_р (x_с.) r_в / G² (8.6)

где коэффициенты местных сопротивлений внезапного расширения x_р. и внезапного сужения x_с. потока для тоннеля, имеющего коэффициент сопротивления трения l_тр, рассчитываются по формулам:

x_р. = x_р.гл (1+ 12,5 r_вl_тр.) (8.7)

x_с. = x_с.гл (1+ 9,62 r_вl_тр.) (8.8)

где x_р.глx_с.гл коэффициенты местных сопротивлений на расширение-сужение потока для без учета вида поверхности тоннеля (без шероховатости) устанавливаются по графику на рис 6.3.

8.6. Оценка величины ветрового напора

Ветровой напор (нагрузка) вычисляются в зависимости от величины скорости ветра и его направления к плоскости портала (угол между направлением ветра и горизонтальной осью тоннеля Y_ветр.)

Р_ветр. = 0,5 c₀r_н v²_ветр.Cos²y_ветр. (8.9)

где c₀ – коэффициент обтекания портала тоннеля (c₀ = 0,7).

Рисунок. 8.1. Значения коэффициентов местного сопротивления при внезапном расширении

x_р.гл. (кривая 1) и при внезапном сужении x_с.гл (кривая 2) потока без учета шероховатости

S_уз.с. и S_ш.с – соответственно сечения тоннеля в «узком» и «широком» местах.

8.7 Расчет гравитационной составляющей естественной тяги

Гравитационная (тепловая) составляющая естественной тяги h_гр. (Па)определяется зависимостью DH.

(8.10)

g – Ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²); P_А, P_В – соответственно атмосферные давление у порталов с большей и меньшей высотными отметками, мм. рт. ст.; t_ср., t_В - соответственно среднее значение температуры воздуха в тоннеле и температура атмосферного воздуха у портала с меньшей высотной отметкой, ⁰С; DH- разность высотных отметок порталов с большей А и меньшей В высотными отметками, м.

8.8. Расчет барометрической составляющей естественной тяги

Барометрическая составляющая естественной тяги DР_б (Па), называемая также «орографической добавкой» к гравитационному напору, обусловлена температурной неоднородностью воздушной среды у различно ориентированных горных склонов. Она определяется как разница атмосферных давлений у порталов тоннеля, приведенных к одному уровню. При отсутствии точных данных о величинах атмосферных давлений величина DР_бар может быть рассчитана по формуле:

(8.11)

где t_А - температура атмосферного воздуха у портала с большей высотной отметкой, ⁰С; Р_г – атмосферное давление на высоте наивысшей точки горы, через которую проходит тоннель, мм. рт. ст.; Н_г – высота горы, отсчитываемая от портала с большей высотной отметкой, м.

8.9. Расчет потерь давления на преодоление аэродинамического сопротивления движущихся (или стоящих) транспортных средств.

Потери давления на преодоление аэродинамического сопротивления транспортных средств DР_порш, находящихся в тоннеле, определяются относительными скоростями движения воздуха и транспортных средств, соотношением миделева сечение транспортных средств и сечения тоннеля и коэффициентами лобового сопротивления транспортных средств. Зависимость для вычисления DР_порш при движении выше перечисленных типов транспортных средств по полосам движения в противоположенных направлениях имеет вид.

DР_порш = 0,5 r_т/F_T {[n_а.лS_м.а.лC_а.л.(V_а.л – V)² + n_л.гр.аS_{м.л.гр.а}C_{л. гр.а.} (V_л.гр.а – V)²

+(n_гр.1+ n_гр..2)n_гр.аS_м.гр.аC_гр.а. (V_гр.а – V)²]- [n¹_аS_м.а.л.C_л.а.л (V_а.л + V)² +

N¹_л.гр.аS_{м.л.гр.а}C_{л. гр..а.} (V_л.гр.а+V)² +(n¹_гр.1+ n¹_гр..2)S_м..гр.аC_{л. гр.а.} (V_гр.а + V)²]} (8.12)

Формула (6.23) предполагает, что транспортные средства n_а, n_л.гр.а, n_гр.1, n_гр..2 движутся в направлении перемещения воздушного потока, а транспортные средства n¹_а, n¹_л.гр.а, n¹_гр.1, n¹_гр.2 в противоположенном направлении.

При движении транспортных средств в одном направлении в формуле (8.12 23) второй член в квадратных скобках принимается, равными нулю.

При полной остановки транспорта (пробка) скорости движения транспортных средств принимаются, равными нулю.

В этом случае, потери давления, определяются появлением дополнительного аэродинамического сопротивления, связанного с нахождением в тоннеле транспортных средств, вычисляются по формуле:

DР_порш = 0,5 r_тV²/F_T[(n_а + n¹_а)S_м.а.л.C_л.а.л + (n_л.гр.а + n¹_л.гр.а) S_{м.л.гр.а}C_{л. гр..а.} +(n_гр.1+ n_гр.2+ n¹_гр.1+n¹_гр.2) n_гр.аS_м..гр.аC_{л. гр.а.}] (8.13)

При возникновении пожара часть транспортных средств по обе стороны от очага пожара по направлению их движения покинет тоннель. В этой связи, при вычислении DР_порш следует учитывать только те транспортные средства, которые остались в тоннеле перед очагом пожара.

Приложение И