地铁车站热环境及隧道围岩热变化规律研究

摘要

城市轨道交通具有方便快捷、准时可靠、环保节能、运输量大等特点，其中地铁在现代大中型城市公共交通运输系统中正发挥越来越重要的作用。地铁车站作为乘客的集散地，空间相对封闭，内部空气流通缓慢，这对乘客乘坐地铁的舒适性有极大影响。同时，在设计地铁环控系统的过程中，除了要考虑对内部环境的影响，还要考虑对车站安全因素的影响。因此，在评价车站内热环境时要同时考虑多种影响项因素，对复杂的运行模式进行完整的分析。地铁区间隧道作为地铁系统的重要组成部分，对车站热环境也有非常重要的影响，其内部热环境的变化和内部空气与周围衬砌结构和围岩的相互作用也是非常复杂的过程。
　　本文以“北京地铁内部热环境模拟分析与调控方案研究”为依托，以复兴门站为研究对象，采用问卷调查、现场测量、数值模拟相结合的方法对车站热环境进行研究，以参数化建模技术作为基础，建立相对完善的三维模型，使用计算流体力学(CFD)软件对车站热环境和区间隧道温度场进行了数值模拟计算和分析。
　　文本的主要研究内容有:第一，分析地铁运行中的热源并进行分类计算和分析;第二，对站台乘客热舒适度进行问卷调查和数据测量;第三，对车站热环境进行舒适度模拟计算和分析，对比通风系统和安全门在调控车站热环境中的影响;第四，对隧道围岩温度场进行数值模拟计算和预测，分析发车间隔变化对区间隧道温度场的影响。
　　通过研究，论文得到了通风系统和安全门对站台气流组织、温度场分布的影响规律，基本掌握了不同发车间隔对区间隧道围岩温度场分布的影响规律。当车站通风系统关闭时，站台环境将会迅速恶化。安全门系统在一定程度上能够调节站台气流组织和温度变化，但是作用有限。缩短发车间隔对区间隧道围岩温度场不会产生较大影响，但会给站台温度调控带来较大压力。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究目的

1．3 研究现状

1．4 研究方法及内容

1．5 本章小结

2 研究理论基础

2．1 传热学概述

2．2 流体动力学控制方程

2．2．1 质量守恒方程

2．2．2 动量守恒方程

2．2．3 能量守恒方程

2．2．4 状态方程

2．3 湍流数值模拟方法

2．4 控制方程的离散化

2．5 计算流体力学软件PHOENICS介绍

2．6 本章小结

3 地铁车站舒适性问卷调查及数据采集

3．1 问卷调查

3．1．1 问卷调查内容

3．1．2 问卷调查地点

3．1．3 问卷调查内容分析

3．2 问卷调查结果及分析

3．2．1 问卷调查结果

3．2．2 空气品质问卷结果及分析

3．3 空气品质数据采集结果

3．4 地铁车站舒适度综合分析

3．4．1 问卷调查分析

3．4．2 PMV舒适度分析

3．5 本章小结

4 地铁运行的产热分析

4．1 车辆运行产热

4．1．1 运行产热

4．1．2 启动制动产热

4．1．3 空调设备散热

4．2 活塞风负荷

4．3 人员散热

4．4 其他设备散热

4．5 地铁运行产热分析汇总

4．6 本章小结

5 地铁车站现场数据测量

5．1 复兴门车站简介

5．2 复兴门站温度场及风场测量

5．2．1 温度场测量结果

5．2．2 风场测量结果

5．2．3 测量结果分析

5．3 本章小结

6 地铁车站热环境的数值模拟与分析

6．1 计算模型及参数设置

6．1．1 车站模型设计

6．1．2 边界条件的设置

6．1．3 分析内容及工况设置

6．2 地铁车站热环境数值模拟结果及分析

6．2．1 工况一模拟结果及分析

6．2．2 工况二模拟结果及分析

6．2．3 工况三模拟结果及分析

6．2．4 工况四模拟结果及分析

6．2．5 工况五模拟结果及分析

6．3 车站热舒适性计算与分析

6．3．1 热舒适模拟结果

6．3．2 热舒适度分析

6．4 本章小结

7 地铁隧道及围岩的温度场数值模拟

7．1 计算模型及参数设置

7．1．1 区间隧道模型设计

7．1．2 边界条件设置

7．2 列车运行对隧道围岩温度场的影响

7．3 隧道围岩温度场预测

7．3．1 两种热源设置方法

7．3．2 隧道温度场计算结果

7．3．3 计算结果分析与总结

7．4 本章小结

8．1 主要结论

8．2 工作展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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