某地铁站台气流组织模拟研究.docVIP

专业知识分享版 使命：加速中国职业化进程 联系电话：0755 0引言 随着城市地铁的大规模建设，地铁车站的环境已日益引起人们的重视。当前国内外对地铁通风模拟的视线大多停留在“紧急状况下”（如火灾）上[1~3]，而忽视了在正常运行情况下气流组织的情况。地铁站台区作为主要的候车区域，其环境问题尤为重要。因此有必要对地铁站台区气流组织进行模拟研究。送风末端作为空调系统的关键，但目前人们主要是针对于地铁气流组织形式及状况方面[4~5]，很少涉及到送风末端的选取。 笔者曾参与过武汉某地铁站的通风空调系统设计。在设计的过程中，我们严格按照相关规范的要求来操作，但是实际效果还有待检验。本文依据武汉某地铁站台空调通风系统，建立 CFD 模型，进行数值计算，预测室内气流组织及热舒适性状况，并探讨四种方案下模拟结果，从而提出合理的空调通风系统设计方案。 1工程概况 1.1地铁车站介绍 该地铁站是典型的地下双线岛式站台，设有地面风亭两座，四处出入口。车站主体总长为223.7m，标准宽为 19.7m。具体站台剖面图如图 1 所示。 1.2室内外设计计算参数 该地铁车站位于湖北省武汉市，选取夏季空调室外空气干球温度为 32.2℃，相对湿度 64.25%；站台公共区设计空气状态点为：干球温度为 28℃，相对湿度 59.32%。 1.3站台公共区空调系统简介 站台公共区采用全空气空调系统，两端各设一台空气处理机组，分别承担公共区一半的空调通风负荷。其中站台公共区设送风口（双层百叶风口或方形散流器）共20 个，尺寸为500 ×360；设单层百叶回风口共 12 个，尺寸为 630 × 500。送风口及回风口标高为 3.2m。 2模型建立 本文根据建筑物实际尺寸来建立 CFD 模型。车站内乘客用长方体模块来代替，均匀分布在站台公共区；其中楼梯、电梯均简化为模块，依据实际位置布置；由于风口模型对公共区气流组织影响较大，本文将采用不同的末端模型来对应不同种类的风口，并按实际尺寸与具体位置来建立风口模型（具体对应关系如图 2~ 4）。最后建立 CFD 三维模型如下图 5 所示。 3边界条件 3.1负荷边界条件 该地铁车站是典型的岛式站台，采用屏蔽门系统。站台公共区空调负荷主要由人员负荷、设备负荷、照明及广告牌负荷、自动扶梯及电梯负荷、通讯设备负荷、风道及屏蔽门传热负荷等组成，具体数据及处理方式如下： 人员负荷共 27.0kw，平均到每个人体模型上，每个人体模型约为 964w；照明及广告牌负荷共为63.34kw，平均到吊顶模型上，每平米约为 54w；自动扶梯及电梯负荷分别为3×2=6kw，5×1=5kw；通讯设备负荷共为2.5kw，平均到每个立柱上，每立柱约为 250w。 根据风道及屏蔽门传热特性，统计结果为：由站厅层与站厅层的传热，得到站台顶板热流密度为3.9w/m2；由于屏蔽门传热和轨顶排热风道的传热，得到屏蔽门侧面为35.9w/m2；因为轨底排热风道传热，将传热量平均到站台底面，得到底板热流密度为 9.5 w/m2。 3.2风口边界条件 3.2.1送风口边界条件 送风温度为 20℃，即送风温差为 8℃时，每个风口的送风量为 0.6m3/s，送风速度为 3.3m/s；送风温度为 23℃，即送风温差为 5℃时，每个风口的送风量为 0.96m3/s，送风速度为 5.3m/s。 采用不同的送风末端装置时，将采用对应的送风口模型，具体如图 2~4。 3.2.2回风口边界条件 系统所有的回风口均采用单层百叶风口。送风温差为 8℃时，回风量为 12m3/s；送风温差为 5℃时，回风量为 19.2m3/s。 4模拟结果及分析 完成上述设置之后，选取“室内零方程湍流模型[6]”，同时考虑辐射换热作用，应用“FLUENT”求解器进行计算。本文将讨论四种方案，具体参数设置如下表 1。 4.1方案一模拟结果及分析 方案一的温度场、速度场及PMV[7]分布图如图6~8。 本文选取人员活动区域特征截面Y=1.65m来分析（下同）。由温度场图可以看出大部分区域的温度都在28℃以下，其中靠近送风口的一侧温度在25℃附近，而远离送风口的一侧温度则在 27.5℃左右，温度场分布并不均匀。速度场显示：在人体活动区域尤其是送风口下方区域，速度达到了0.5m/s，吹风感强烈，不符合夏季空调风速不大于 0.3m/s的要求，但在送风口另一侧风速均在 0.25m/s以下，满足要求。通过 PMV 分布云图，看到整个区域的 PMV值在-1~1 之间，基本