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 【摘要】　為滿(mǎn)足公路隧道通風(fēng)降噪的需要，提出了射流風(fēng)機(jī)推力影響因素及其選用要求。在計(jì)算隧道中總推力的前提下確定出射流風(fēng)機(jī)的推力。并確定所用風(fēng)機(jī)的數(shù)量。 

關(guān)鍵詞：噴流式通風(fēng)機(jī)　隧道　選用　計(jì)算 

一、引言 

在公路隧道縱向通風(fēng)系統(tǒng)中，射流風(fēng)機(jī)通常是并聯(lián)為一組，并沿隧道方向間隔布置，為了滿(mǎn)足隧道內(nèi)噪聲環(huán)境的要求，射流風(fēng)機(jī)通常配有整體消聲器。在夜間，為了防止隧道洞口產(chǎn)生較大的噪聲，通常是只運(yùn)行隧道中間部分的風(fēng)機(jī)，或者加長(zhǎng)靠近隧道洞口處的風(fēng)機(jī)消聲器長(zhǎng)度，或者采用雙速射流風(fēng)機(jī)。 
二、射流風(fēng)機(jī)推力影響因素及選用 

1.每組風(fēng)機(jī)之間的縱向距離 

如果隧道中每組風(fēng)機(jī)之間具有足夠的距離，則噴射氣流會(huì)有充分的逐漸減速，如果噴射氣流減速不完全，將會(huì)影響到下一級(jí)風(fēng)機(jī)的工作性能。一般情況下，每組風(fēng)機(jī)之間的縱向間距取為隧道截面水力當(dāng)量直徑的10倍或10倍以上，也可以取風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)壓(Pa)的十分之一作風(fēng)機(jī)縱向間距(m)，同一組風(fēng)機(jī)之間的中心距至少取為風(fēng)機(jī)直徑的2倍。隧道中的射流風(fēng)機(jī)布置并不一定具有同一間距，只要風(fēng)機(jī)之間具有足夠的縱向間距，則風(fēng)機(jī)可以盡可能地布置在靠近隧道洞口的位置；如果風(fēng)機(jī)軸向安裝位置允許存在一定傾斜，則風(fēng)機(jī)之間的縱向距離可以減少，從而可以提高安裝系數(shù)。 

2.隧道中空氣流速、風(fēng)機(jī)與壁面及拱頂?shù)慕咏��?nbsp;

風(fēng)機(jī)推力是在空氣靜止條件下，根據(jù)風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)量的變化而測(cè)定的。如果風(fēng)機(jī)進(jìn)口的空氣處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則風(fēng)機(jī)中空氣動(dòng)量的變化值必然減小。如果射流風(fēng)機(jī)的安裝位置靠近隧道壁面或拱頂，則空氣射流與壁面或與拱頂之間必然產(chǎn)生附加摩擦損失。 

3.風(fēng)機(jī)尺寸 

射流風(fēng)機(jī)耗電量與推力之比與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速有關(guān)，對(duì)于給定的推力要求，出口風(fēng)速越高，耗電量越大。因此，為了降低運(yùn)行成本，應(yīng)盡可能選用大直徑、低轉(zhuǎn)速或葉片角度小的風(fēng)機(jī)。對(duì)于給定的風(fēng)機(jī)尺寸，如果降低其推力，必然導(dǎo)致風(fēng)機(jī)數(shù)量的增加，從而增加風(fēng)機(jī)本身的投資，但此時(shí)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速也隨之降低，使得消聲器得以取消或減小其長(zhǎng)度。 

4.可逆運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī) 

可逆運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)與單向風(fēng)機(jī)相比，效率略低，且噪聲稍高，但此類(lèi)風(fēng)機(jī)可以使隧道的運(yùn)營(yíng)具有較大的選擇性。如在特別需要的情況下，單向隧道可以用作雙向運(yùn)營(yíng)，在著火時(shí)，風(fēng)機(jī)可以反轉(zhuǎn)排煙。 

三、隧道中總推力計(jì)算 

對(duì)于采用縱向通風(fēng)方式的公路隧道，在確定了其需要的空氣量后，使可以計(jì)算用于克服隧道中全部空氣阻力所需要的射流風(fēng)機(jī)的推力，隧道中的空氣阻力主要由以下各項(xiàng)阻力組成。 

1.隧道進(jìn)口、出口空氣阻力 

隧道進(jìn)口、出口空氣阻力pen,ex通常取為隧道中空氣動(dòng)壓的1.5倍，如果隧道進(jìn)口置有流線(xiàn)型喇叭段結(jié)構(gòu)，出口置有擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，則此項(xiàng)阻力會(huì)小些。 

pdt=1/2ρV2T 

式中　pdt——隧道空氣動(dòng)壓，Pa 
ρ——空氣密度，kg/m3 
VT——隧道中空氣平均流速=qT/VT，m/s 
qT——隧道中空氣流速，m/s 
AT——隧道截面積，m2 

2.車(chē)輛拖阻或阻力 

在單向隧道中，如果車(chē)輛速度低于隧道中風(fēng)速，車(chē)輛會(huì)產(chǎn)生拖阻，如果車(chē)輛速度大于隧道中風(fēng)速，則車(chē)輛會(huì)對(duì)空氣流動(dòng)產(chǎn)生助推力；在雙向隧道中，與風(fēng)速反向的車(chē)輛行駛速度會(huì)對(duì)空氣流動(dòng)產(chǎn)生阻力，車(chē)輛拖阻或助推力計(jì)算如下： 

pdrag=CdAV/AT×0.5ρ〔(NC1+NT1)(VV1+VT)2-(NC2+NT2)｜VV2-VT｜(VV2-VT)〕 

式中　pdrag——車(chē)輛拖阻或阻力，Pa 
Cd——車(chē)輛拖阻系數(shù)(1.0) 
AV——車(chē)輛迎風(fēng)面積(小汽車(chē)：2m2，卡車(chē)6m2) 
NC1——與風(fēng)向相反行駛小汽車(chē)車(chē)輛數(shù) 
NT1——與風(fēng)向相反行駛卡車(chē)車(chē)輛數(shù) 
NC2——與風(fēng)向同向行駛小汽車(chē)車(chē)輛數(shù) 
NT2——與風(fēng)向同向行駛卡車(chē)車(chē)輛數(shù) 
VV1——與風(fēng)向相反行駛車(chē)輛速度，m/s 
VV2——與風(fēng)向同向行駛車(chē)輛速度，m/s 

對(duì)于單向隧道NC1=0，NT1=0 

3.環(huán)境條件 

由于隧道的地理位置不同，隧道進(jìn)出口的環(huán)境條件存在較大差異，如自然風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度、海拔、大氣壓等條件會(huì)差別較大，從而會(huì)導(dǎo)致煙囪效應(yīng)(stack effects)，應(yīng)從隧道的空氣阻力中增加或減掉此效應(yīng)。由于隧道兩端大氣壓差而引起的阻力pstack應(yīng)由測(cè)量值確定，并增加到系統(tǒng)阻力中。 

4.隧道中表面摩擦損失 

隧道中的懸掛物表面，如照明燈具、道路方向指示牌等會(huì)對(duì)隧道中的空氣流動(dòng)產(chǎn)生阻力。其計(jì)算如下： 

pL=0.5ρV2TL/Dh 

式中　VT——隧道中空氣平均流速，m/s 
L——隧道長(zhǎng)度，m 
Dh——隧道橫截面當(dāng)量直徑=4AT/PT，m 
AT——隧道橫截面積，m2 
PT——隧道橫截面周長(zhǎng)，m 
f——摩擦系數(shù) 

通常情況下，f取值為0.02～0.04，主要取決于隧道表粗糙度及隧道中懸掛物的尺寸及數(shù)量。如果上述因素不易確定，則取f=0.025。 

5.隧道中總推力TT 

隧道中的總推力是用于克服隧道中的空氣阻力，故 

TT=pTAT 

pT即為1～4中各項(xiàng)阻力損失之和 

pT=pen,ex+pdrag±pstack+pL 

四、射流風(fēng)機(jī)推力 

射流風(fēng)機(jī)的基本推力等于風(fēng)機(jī)進(jìn)出口空氣動(dòng)量的變化。風(fēng)機(jī)進(jìn)口或出口空氣動(dòng)量等于空氣質(zhì)量流量與進(jìn)口或出口的平均流速之乘積。根據(jù)隧道中射流風(fēng)機(jī)的布置原則，通常認(rèn)為射流風(fēng)機(jī)進(jìn)口處空氣流速為0，故射流風(fēng)機(jī)的理論推力為： 

Tm=ρqVFVF=ρqvf2/AF 

式中　qVF——風(fēng)機(jī)中空氣體積流量，m3/s 
VF——風(fēng)機(jī)出口空氣平均流速，m/s 
Af——風(fēng)機(jī)有效通流面積，m2 

上式僅適用于流速均勻分布的情況，而風(fēng)機(jī)中的流速分布通常差別很大，主要取決于風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，特別是葉輪上的輪轂直徑與葉片長(zhǎng)度的比、葉片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(自由流動(dòng)，強(qiáng)制流動(dòng)或旋渦流)、整流體的效率以及流動(dòng)障礙物的布置等。 

射流風(fēng)機(jī)的推力測(cè)試是按ISO13350〔1〕進(jìn)行的，WOODS射流風(fēng)機(jī)的測(cè)試推力〔2〕一般為理論推力的0.85～1.05倍，而其它射流風(fēng)機(jī)的測(cè)試推力僅為理論推力的0.65倍或更低。 

隧道中的總推力等于隧道中所有射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的推力之和。不管射流風(fēng)機(jī)的布置是并聯(lián)、串聯(lián)還是其它布置形式。 

五、隧道中射流風(fēng)機(jī)數(shù)量的確定 

NF=TT/Ti，小數(shù)點(diǎn)圓整為1 
式中　NF——射流風(fēng)機(jī)數(shù)量 
TT——隧道中推力，N 
Ti——射流風(fēng)機(jī)安裝推力，N 

射流風(fēng)機(jī)的安裝推力通常會(huì)小于射流風(fēng)機(jī)的測(cè)試推力(按ISO13350)或理論推力，這主要是由于風(fēng)機(jī)安裝之后會(huì)受到其周?chē)�客觀(guān)環(huán)境的影響。 

射流風(fēng)機(jī)的安裝推力Ti=TmK1K2K3　(N) 

K1是隧道空氣流速與射流風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速之間的影響系數(shù)。在相同出口風(fēng)速條件下，隧道中空氣流速越小，則K1越大；在隧道中空氣流速相同的條件下，出口風(fēng)速越大，K1值越大，這主要是由于風(fēng)機(jī)進(jìn)口處空氣動(dòng)量的K1值不同而造成的。K1值選擇參見(jiàn)圖1。 
 
圖1　隧道中空氣流速對(duì)射流風(fēng)機(jī)推力的影響曲線(xiàn)K2是風(fēng)機(jī)安裝偏心校正系數(shù)。風(fēng)機(jī)安裝偏心是指風(fēng)機(jī)安裝位置靠近隧道的壁面或拱頂，從而使部分氣流撞擊壁面，不能進(jìn)入隧道主氣流。K2值選擇參見(jiàn)圖2。 
Z——射流風(fēng)機(jī)軸線(xiàn)至隧道壁面或拱頂距離 
DF——射流風(fēng)機(jī)直徑 
DT——隧道橫截面積當(dāng)量直徑 
圖2　與隧道主軸線(xiàn)平行安裝射流風(fēng)機(jī)推力受壁面影響曲線(xiàn)/p>K3是風(fēng)機(jī)安裝時(shí)軸線(xiàn)傾斜的較正系數(shù)，如圖3所示。 
圖3　風(fēng)機(jī)安裝時(shí)軸線(xiàn)傾斜對(duì)推力的影響曲線(xiàn)由圖3可以看出，當(dāng)風(fēng)機(jī)安裝偏心度為0.16時(shí)，即使其軸向傾斜角較大，其校正系數(shù)K3也大于1，超過(guò)10%。因此，選擇K3時(shí)，應(yīng)與K2一起考慮。對(duì)于WOODS風(fēng)機(jī)，其K2K3值一般如下取值：　 

傾角　　　　　　K2K3 
0　　　　　　　0.82 
5　　　　　　　0.88 
10　　　　　　 0.93 
15　　　　　　 0.90 

六、結(jié)束語(yǔ) 

在設(shè)計(jì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，射流風(fēng)機(jī)經(jīng)常被選用的原因之一是其具有低的初投資和低的運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，射流風(fēng)機(jī)還可以與通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)合使用，用于排風(fēng)和排煙。 

隧道內(nèi)的空氣流動(dòng)主要是由于存在氣流壓差。射流風(fēng)機(jī)通過(guò)噴射高速氣流而產(chǎn)生推力，隨著空氣流速的減小，其能量傳遞給沿隧道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)空氣，從而產(chǎn)生隧道內(nèi)的空氣壓差，其大小等于射流風(fēng)機(jī)的推力與隧道橫截面積之商，用于克服隧道內(nèi)的空氣流動(dòng)阻力。因此，射流風(fēng)機(jī)的選型主要取決于對(duì)風(fēng)機(jī)推力的要求(即風(fēng)機(jī)出口氣流噴射速度的要求)以及所需排風(fēng)量(即風(fēng)機(jī)直徑)的要求。 

來(lái)源：佳工機(jī)電網(wǎng)