城市综合管廊通风摩阻系数试验研究

摘要

为保证企事业单位的高效运转和和提高人民的日常生活质量，越来越多的管线被安置在各个街道的地上和地下，同时严重影响了城市美观和显著提高了日常运营维护难度。为解决上述问题，城市综合管廊逐渐兴起。城市综合管廊是建设于城市地下空间的一种市政工程，其一般容纳给水、污水、再生水、天然气、电力、热力、通信以及固废等市政管线，是现代化城市的“生命线”。然而将众多管线纳入同一封闭空间势必会给管廊安全运营带来严峻的挑战，尤其是综合管廊内部的通风系统设计。综合管廊内部支架、管线繁多，其通风系统仍处于宏观设计的层面，尤其缺乏通风摩阻计算理论和公式。为探究城市综合管廊通风摩阻计算理论和公式，本文以苏州城北路管廊工程为案例背景，通过文献调研、数值模拟和模型试验等手段对通风场景进行模拟，并得到其通风摩阻系数的主要影响因素、计算理论和拟合公式。在研究过程中主要得到以下结论：　　(1)城市综合管廊在通风过程中，含有支架、管线的管廊通风阻力损失最大，是不含支架、管线的管廊的5.80倍，其中以支架引起的局部阻力为主。　　(2)城市综合管廊在通风过程中，只含有支架管廊等效摩阻系数最大，是不含支架、管线的管廊的6.35倍，在通风系统设计中不得忽略。　　(3)影响城市综合管廊通风等效摩阻系数的主要因素是支架间距、通风障碍比和支架、管线布置形式。其中支架、管线对称布置时的等效摩阻系数大约是单侧布置的1.6倍。　　(4)以支架间距、通风障碍比为自变量可较好的拟合等效摩阻系数；而针对支架、管线布置形式，可提出“等效摩阻系数折减因子”对等效摩阻系数计算公式进行修正。　　(5)由于支架间距缩小，等效摩阻系数拟合公式在模型试验中适用性不佳，为此引入“单支架局部阻力系数”，与摩擦阻力系数组合可表征综合管廊通风摩阻效应。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 国外城市综合管廊通风研究现状

1.2.2 国内城市综合管廊通风研究现状

1.2.3 其他狭长地下结构通风研究现状

1.2.4 目前研究存在的问题

1.3 主要研究内容与方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

第二章 管廊通风试验原理及计算理论

2.1 基本假定

2.2 数值模拟相关理论

2.2.1 CFD软件简介

2.2.2 控制方程

2.2.3 求解设置

2.2.4 边界条件设置

2.3 模型试验相关理论

2.3.1 相似理论

2.3.2 相似准则

2.3.3 自模区确定

2.4 通风摩阻计算理论

2.5 本章小结

第三章 管廊通风摩阻系数数值模拟

3.1 依托工程概况

3.2 数值模型建立

3.2.1 数值模型概况

3.2.2 基本参数设置

3.2.3 建模方法可行性分析

3.2.4 网格划分及质量控制

3.3 数值模拟结果

3.3.1 风速变化情况

3.3.2 风压变化情况

3.3.3 有无支架、管线通风摩阻分析

3.4 通风阻力及摩阻系数影响因素

3.4.1 通风风速

3.4.2 支架间距

3.4.3 通风障碍比

3.4.4 支架、管线布置形式

3.5 摩阻系数回归分析及公式拟合

3.5.1 多元线性回归分析

3.5.2 等效摩阻系数公式拟合

3.6 本章小结

第四章 管廊通风摩阻系数模型试验

4.1 模型系统设计

4.1.1 相似比选取

4.1.2 模型主体设计

4.1.3 支架、管线设计

4.1.4 供风动力系统设计

4.1.5 数据采集系统设计

4.2 模型试验系统性能试验

4.2.1 供风动力系统试验

4.2.2 数据采集系统试验

4.2.3 模型断面风速、风压试验

4.2.4 密闭性能试验

4.3 模型壁面加糙

4.4 模型概况及测试结果分析

4.4.1 模型概况及测试

4.4.2 测试结果分析

4.4.3 拟合公式适用性分析

4.5 本章小结

结论和展望

结论

展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目与发表的论文