新式射流風機在大空間列車檢修庫的通風模擬★

董海廣，胡 睿，趙光輝

(1.中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600；2.北京建筑大學,北京 100044)

0 引言

隨著近年來我國高速鐵路以及地鐵的快速發展，為高鐵和地鐵提供后勤保障維修服務的動車所和地鐵車輛段也同時大量涌現，在動車所和地鐵車輛段中的核心功能建筑便是檢修庫。由于城市土地資源緊張，燈光、機車空調等內部發熱源和外部太陽輻射，在夏季工作期間車庫內最高溫度可達38 ℃以上，庫內明顯悶熱[1]。除了較高的室內溫度外，庫內由于機車底盤有機物揮發和檢修作業，庫內還會產生一定量的污染性氣體。因此，如何保證車庫內的良好通風，為室內輸送新鮮空氣，降低室內溫度的同時提高其空氣品質，為工作人員營造一個健康、舒適的工作生產環境，具有重要的意義。

車庫大空間的空氣環境以及通風研究大多采用數值模擬方法，李炎鋒等[2]采用大渦數值模擬研究了地下車庫送風口與射流風機風速、換氣次數等因素對車庫通風效果的影響；張依[3]用數值模擬對某大型物流車庫的復合通風進行設計研究；李雪薇等[4]用數值模擬對復式地下車庫風口布置與通風系統進行優化分析；孟德雨等[5]用數值模擬研究地下車庫氡遷移的規律；李云浩等[6]用數值模擬研究車庫內氫氣擴散和分布狀態；殷明昊等[7]用數值模擬研究車位分布、風口數量和位置對車庫內污染物的影響規律。

無風管誘導通風在車庫類大空間尚屬于較新的通風方式。對于誘導通風系統的使用，國內列車檢修庫目前還處于嘗試階段。李斯文等[8]用數值模擬方法對地下大空間采用無風管誘導通風時的氣流組織進行模擬分析，通過改變送排風口的相對位置、噴嘴的射流角度、送排風機壓差，總結了無風管誘導通風系統的運行規律，認為無風管誘導通風系統適合大空間通風。曾雯[9]對蓋下車輛段采用4種通風方案進行對比分析，認為誘導通風系統外加壁式送排風機的通風方式對車輛段的熱環境改善效果較好。文獻[10-11]對不同通風模式進行研究，認為誘導通風系統能有效改善環境質量。本研究以某檢修庫為研究對象，將一種新式射流風機應用于該檢修庫進行通風，用數值模擬研究其合適的安裝射流俯角，為解決超大空間列車檢修庫的通風難題提供了一種新的技術通風方法。

1 研究對象概況及模型建立

1.1 研究對象概況

本研究對象為某運用庫，長282 m，寬95.6 m，共17股道，內部分3個區域，臨修庫1條股道，月檢庫2條股道，停車列檢庫14條股道，屋面檐口高約13 m。進出端每個股道位置有兩扇寬×高2.1 m×5.5 m的折疊外門，檢修庫主體結構形式為鋼結構。

1.2 模型建立

考慮到檢修庫屋面為鋼網架，上部管線較多，將檢修庫內部高度設定為11 m凈高，在排列相同的多股道中取對稱的4股道空間來進行研究，建立長282 m、寬18.4 m，高11 m的檢修庫模型(見圖1)，其中內部4條股道均停放長118 m、寬2.8 m、車廂高3.7 m的列車2對，車廂底距地面1.2 m，每股道的進出端4.2 m×5.5 m外門為進風口，入口風速為0.5 m/s，在檢修庫模型4條股道中的1股和2股，3股和4股道間通道內設8臺射流誘導風機，間距35 m，距進出端分別為20 m，55 m，90 m，125 m，160 m，195 m，230 m，265 m，風機中心距地面高度6 m，風機風口采用矩形風口，寬0.9 m，高0.2 m，出口風速16 m，風量10 370 m3/h，風壓250 Pa，每股道另外一端外墻設置2臺壁式軸流風機，排風量20 800 m3/h。射流風機模型見圖2。

1.3 模擬工況設置

根據以上模型，模型采用四面體網格(Tet/Hybrid網格)，并對射流誘導風機周圍空間進行局部加密處理，采用Fluent軟件，選擇基于壓力的分離求解器，將能量方程、k-ε方程作為基本方程，對誘導風機出風口法線與水平面夾角(射流俯角)分別為10°,15°,20°的三種工況(工況1～工況3)進行了三維穩態流動的模擬計算。

2 模擬結果及分析

2.1 模擬結果

在模型中取距離地面高度為1 m,1.5 m的水平面為觀察面A1,A2，通過射流誘導風機中心的豎直縱向剖面和通過無射流誘導風機的通道的豎直縱向剖面分別為觀察面B1和B2，如圖3所示。根據模擬結果得到三種工況下A1,A2,B1,B2四個觀察面的速度分布圖，如圖4～圖6所示。

2.2 模擬結果分析

射流誘導風機俯角分別為10°,15°,20°時的三種工況下A1,A2,B1,B2平面上的平均風速如表1所示。

表1 各觀察面上平均風速 m/s

通過圖4～圖6，表1可以看出，采用射流誘導風機可以實現檢修庫內空氣的良好流通，庫內氣流組織為從進風端到出風端的不均勻單向流，室外新風可以源源不斷地輸送進庫內各通道，射流誘導風機安裝高度以下區域由于射流誘導風機的推射誘導作用，空氣流通較好，下部人員活動區有良好的空氣流通，人員活動區平均風速在0.5 m～2.0 m范圍，可以改善人體的熱舒適感。工況1俯角較小，射流主要沿水平方向，射流尾部受下一階射流誘導風機影響而向上浮，射流誘導風機間距的中部位置出現循環渦流，形成空氣循環的盲區，空氣流動速度較小。工況3俯角較大，可以看出射流空氣到達地面位置的反彈流動，空氣射流傳遞不到下一階射流誘導風機，射流誘導風機下方位置的空氣流速較小，人員活動區風速在射流到達地面附近區域的平均風速較高，射流末端平均風速較小，雖然平均速度較大，但人員活動區風速分布不均勻，局部風速偏高，會有激起地面灰塵的情況。工況2俯角介于工況1和工況3之間，各階射流誘導風機可以形成很好的射流傳遞，空氣動量傳導效果好，射流誘導風機安裝高度以下無循環盲區，人員活動區空氣流速分布均勻，且速度大小合適，為效果最優工況。

從B2觀察面的速度云圖可以看出，未設置射流誘導風機的通道內也形成了分階段的空氣循環流動，這是由于列車底部為架空區域，射流誘導風機的射流到達地面后，在自身動能作用下，由列車底部穿入相鄰通道，然后由一階誘導風機在高處形成的負壓吸引下，形成從下至上的逐級流動，該通道人員活動區風速較小，平均風速在0.25 m/s～0.8 m/s,射流誘導風機的俯角越大，相鄰通道內的風速越高，對相鄰通道的空氣流動越有利，只是對射流誘導風機所在通道的空氣動能傳遞造成一定的損失。

3 結論

本文用Fluent數值模擬對該流場誘導射流風機的三種應用工況下的通風效果進行了對比分析，得出如下結論：

1)采用射流誘導風機的技術方法可以實現檢修庫內空氣的良好流通，可以促使庫內空氣形成從進風端到出風端的單向流動，室外新風可以源源不斷地輸送進庫內各通道，保證庫內中下部區域的新風換氣，下部人員活動區有良好的空氣流通，人員活動區平均風速在0.5 m～2.0 m范圍，可以改善人體的熱舒適感。

2)在本工程案例中，射流誘導風機的出風口俯角取15°合適，當然如果射流誘導風機的安裝高度和設置間距與本案例不同，需另行模擬計算。

3)未設置射流誘導風機的通道，在相鄰通道內射流誘導風機的作用下，也可形成分階段的空氣循環流動，空氣循環流動速度略低一些，可見在工程應用中如投資受限，射流誘導風機可間隔一個通道設置。