地铁环控送风射流在间歇性受迫气流作用下的机理研究

地下轨道交通成为目前我国大中城市建设的重要内容，其建筑环境的舒适性和节能性亟待解决和提高。本项目抓住活塞风作用下影响地铁热环境特性的本质问题，抽象出送风射流在间歇性受迫气流作用下机理研究这一科学命题，研究内容如下：①拟通过耦合气流作用力分析和BLOCK模型思想，建立射流在间歇性受迫气流作用下的轨迹方程和温度分布模型，并分别通过液体示踪和实验室缩尺模型试验验证完善，构建耦合气流作用机理，填补地铁热环境和送风射流相关理论研究的空白。②通过现场实测、数值模拟等手段，分析耦合气流作用效果及其热环境的显著影响因素和影响规律。③在此基础上，建立后续应用子模型：具有优化参数的气流组织优化模型和有切换温度的自然冷源人工冷源切换模型。课题主要研究成果是后续理论研究的重要基础，从而为进一步完善地铁环控节能舒适运行提供基础理论保证，为地铁交通可持续发展和城市建设服务。

地下轨道交通已成为目前我国城市化建设进程的重要内容，其建筑环境的舒适性和节能性亟待解决和提高，项目对活塞风影响下地铁热环境气流组织的本质特征进行了研究，从机理和特性上解决了站台活塞风（间歇性受迫气流）与送风射流的耦合问题，并分析相应后续子模型。. 在机理研究中，建立了站台活塞风速度场贴附射流起始段和主体段数学模型；以此为基础、结合横流理论，建立了站台活塞风与送风射流等温耦合速度场数学模型和非等温耦合速度场温度场理论模型。速度场模型的特征参数为耦合轨迹、轨迹与水平面夹角、轴心速度和质量平均速度等，温度场建模的特征参数为轴心温度和质量平均温度等。并综合运用现场实测、液体缩尺模型试验验证了上述三个理论建模的正确性；运用理论求解、现场实测、液体缩尺模型试验和CFD数值模拟相结合的方法得到了上述三个理论建模的相应基本规律特性和变影响因素分析结果。其中两股射流耦合速度场轨迹随活塞风先向右偏移约30s、保持不变约40s，再向左偏移约30s。.在两个后续应用子模型研究中，站台热环境气流组织优化应用子模型运用CFD数值模拟七种不同因素下，站台活塞风与空调送风射流耦合作用下热环境变化特性，得出活塞风速、恒定冷量变空调送风温度和上下排热开启与否是优化站台热环境舒适性和节能性的有效方向。恒定冷量下适度提高空调送风温度导致空调送风速度的增加，能有效改善站台活塞风对送风射流的不良影响。此外，车站自然冷源与人工冷源切换子模型，一方面给出以室外温度为切换指标的站台公共区空调人工冷源与室外全新风自然冷源的耦合策略，以期充分利用室外自然冷源，减小空调开启时间；另一反面，针对区间盾构自然冷源与空调人工冷源的耦合策略，期望能够利用区间活塞风换取和输送新建地铁盾构蓄冷,以减少车站空调系统开启时间。其落脚点放在了新建地铁区间空气温度模拟、新建地铁区间盾构围岩层温度模拟和远期地铁区间温控上。. 在多种研究方法中，首次用到了液体缩尺模型试验的水流速度和盐水密度来描述复杂气体气流的速度和温度，具有较好的科学意义。. 课题主要机理研究成果部分填补了射流相关理论的空白，是后续相关研究的重要基础，进一步完善了地铁环控节能舒适运行所需的基础理论，基于机理研究基础的两个后续应用子模型研究搭起了理论研究与实际应用之间的桥梁，为地铁热环境的舒适节能服务，为地铁交通可持续发展和城市建设服务，有重要科学意义。