綜合管廊內誘導風機數值模擬研究

潘 凱

（安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司綜合管廊規劃設計研究所，安徽 合肥 230000）

1 綜合管廊通風簡介

綜合管廊為地下狹長型半封閉管線廊道，可入廊管線有電力電纜、通信電纜、給水管線、燃氣管線、熱力管線、污水管線、雨水管線、再生水管線等城市工程管線。除入廊管線外，廊內還設有變配電箱、滅火器、排水潛污泵、風機等附屬設備。

2 管廊通風系統分類

綜合管廊通風的分區一般與管廊防火分區一致，長度不大于200 米。管艙采用豎井縱向集中送排風的通風方式，分段設置豎井和通風機房。綜合管廊內通風方式共有三種，自然進排風方式、機械進排風方式以及自然進風與機械排風相結合的方式。

通風系統設有平時通風、事故通風及巡檢通風三種不同的工況；其中，對于非燃氣艙室事故通風為火災熄滅后啟動事故通風。根據規范，正常通風換氣次數不小于2 次/小時，事故通風換氣次數不小于6 次/小時。對于天然氣管道艙室正常通風換氣次數不小于6 次/小時，事故通風換氣次數不小于12 次/小時。

3 綜合管廊通風模型

3.1 幾何模型及網格劃分

本次選取綜合管廊的一個艙室為研究對象，通風區間為200 米，截面高3 米，寬2 米，截面積為6 平方米。管廊頂板兩端開洞并向上伸出地面，為管廊進排風口，同時每隔20米設置誘導風機一臺，懸掛于管廊內頂部。

本次模型對實際管廊模型進行簡化后采用SpaceClaim 三維實體直接建模軟件得到幾何模型。為建模方便，忽略艙室內管線及其他設備，艙室簡化為長200 米，寬2 米，高3 米的長方體，兩端的通風口尺寸為邊長0.6 米的正方體，誘導風機為寬高均為0.6 米，厚度為零的正方形。

本次采用ANSYS ICEM CFD 軟件對幾何體進行六面體結構化網格劃分，因為本次三維模型中誘導風機為厚度為零的平面，所以需要對誘導風機進行面-面關聯后方可劃分網格。網格單元采用0.2 米，共劃分為218262 個網格。

3.2 邊界條件與求解

本模型選用選擇湍流模型中k-epsilon 標準模型，即選用標準的k-ε 雙方程湍流模型，流體為空氣，氣流沿Z 軸負方向，入口條件為速度入口，進口速度為3m/s。誘導風機邊界條件為fan，設置壓力跳躍值為20kpa。上部的出口邊界條件類型選擇outflow。

采用改進的求解壓力-速度耦合方程的半隱方法（the Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations-Consistent，SIMPLEC)，是協調一致的SIMPLE 算法。求解的最大相對誤差為0.1%。

4 管廊通風模擬結果分析

基于以上條件設置，采用FLUENT 流體分析軟件對綜合管廊內設置有誘導風機情況下廊體內氣場流態進行分析。

圖1 及圖2 為管廊縱向中心剖面圖的進排風口部分，由圖可以看出，管廊在進風口、排風口及誘導風機處風速最大，管廊頂部風速沿著流場前進方向遞減，直至到下一個誘導風機后出現風速突然增大。管廊進風口采用豎井式進風方式時，豎向的進風流場并未對管廊縱向形成大范圍的影響。而每隔20 米間距設置的誘導風機處在管廊頂部形成一條連續的風場。在誘導風機下方則形成了一個環流。由此可以得出，誘導風機的設置為管廊帶來了更快速的通風。誘導風機下的環流則可以帶動整個廊內空氣的更新循環。

圖1 管廊進風口及剖面云圖

圖3 為誘導風機處管廊流場橫斷面圖，由圖可知，誘導風機處風速最大，風機周圍風速遞減，管廊中間部位風速最小。圖4 為兩個誘導風機中間部位流場橫斷面圖，由圖可以看出管廊頂部風速最大，底部次之，中間最小。同時可以看出管廊兩側的流速大于中心。

圖3 誘導風機處管廊流場橫斷面圖

圖4 兩個誘導風機中間部位管廊流場橫斷面圖

橫斷面的空氣速度場表明了管廊內環流帶動了管廊底板及兩側處的空氣流動，便于管廊兩側及底部的管線散熱。同時，中間部位的人行通道則相對平和，這給廊內檢修人員帶來較好的舒適感。

5 結語

通過模擬得到，設置誘導風機時管廊內部通風更加迅速，使得誘導風機之間形成環流，導致管廊頂板及底板風速較大，而管廊中部風速最小。