運(yùn)營地鐵內(nèi)污染物濃度的計算方法及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)和市內(nèi)交通運(yùn)輸壓力的不斷增加，地鐵的客流量逐年提高，并日益呈現(xiàn)出高速化的趨勢。地鐵客流量和行車速度的增加不可避免地引起地鐵內(nèi)空氣品質(zhì)下降問題，部分地鐵在運(yùn)營過程中已經(jīng)多次出現(xiàn)了乘客在車廂內(nèi)暈倒等現(xiàn)象。對運(yùn)營地鐵內(nèi)污染物濃度進(jìn)行研究，可為提高地鐵的運(yùn)行效率提供可靠的參考依據(jù)，對提高車廂內(nèi)的空氣品質(zhì)和乘坐環(huán)境舒適性也有重要的實(shí)際意義。本文采用理論分析、現(xiàn)場測試和數(shù)值仿真等手段，根據(jù)空氣在地鐵內(nèi)的流動過程，對地鐵站

2、廳、站臺、區(qū)間隧道和車廂內(nèi)污染物濃度的演化過程和分布規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)合列車在區(qū)間隧道內(nèi)運(yùn)行時的車體壓力變化，探討了車體壓力、車輛通風(fēng)和車廂內(nèi)污染物濃度的演化過程和影響因素，提出了運(yùn)營地鐵內(nèi)污染物濃度的計算方法，并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用。論文的主要研究內(nèi)容和研究成果如下：
　　 (1)以理論分析和現(xiàn)場測試等手段，根據(jù)空氣在地鐵內(nèi)的流動過程，建立了基于外部大氣、站廳、站臺、區(qū)間隧道和車廂內(nèi)的地鐵內(nèi)污染物濃度的計算模型；以CO2為示蹤氣

3、體，對外部大氣、地鐵車站、區(qū)間隧道和車廂內(nèi)的污染物濃度進(jìn)行了現(xiàn)場同步測試研究，分析了地鐵內(nèi)污染物濃度的變化過程和分布規(guī)律。研究結(jié)果表明地鐵內(nèi)空氣的CO2濃度水平與周圍乘客人數(shù)是直接相關(guān)的，客流高峰時段的車廂和區(qū)間隧道內(nèi)的污染物濃度水平較高。
　　 (2)建立地鐵區(qū)間隧道——列車相對運(yùn)動的數(shù)值仿真模型，模擬列車在區(qū)間隧道內(nèi)的實(shí)際運(yùn)動過程，分析了地鐵條件下車體壓力的分布特性、變化機(jī)理。根據(jù)地鐵的特點(diǎn)，探討了影響車體壓力的區(qū)間隧道通風(fēng)

4、方式、地鐵內(nèi)附屬結(jié)構(gòu)物、列車速度和列車車型等主要影響因素，并提出了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)計算公式。研究結(jié)果表明：地鐵的阻塞比一般在0.48～0.56之間，表現(xiàn)出較顯著的活塞運(yùn)動特性。地鐵區(qū)間長度不利于降低車體壓力。減小豎井面積面積、增加豎井?dāng)?shù)量和打開風(fēng)閥有利于降低車體壓力。區(qū)間隧道通風(fēng)可同時改變車體壓力的最高和最低壓力峰值，對車體壓力幅度的影響較小。
　　 (3)以地鐵車廂為研究對象，將車體壓力、車輛通風(fēng)和空氣質(zhì)量看作一個整體系統(tǒng)，從列車在

5、區(qū)間隧道內(nèi)行駛時車體表面壓力的變化過程出發(fā)，結(jié)合車輛的密封條件、車輛風(fēng)機(jī)性能曲線、管網(wǎng)特性曲線和地鐵內(nèi)外污染物演化計算公式，建立了車體壓力、通風(fēng)量和污染物演化的統(tǒng)一計算模型。
　　 (4)以MATLAB為平臺，開發(fā)了地鐵內(nèi)污染物濃度的計算軟件，軟件實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化輸入，具有集總參數(shù)分析和模塊化調(diào)用的功能，并結(jié)合廣州地鐵2、3號線的6個車站和3個區(qū)間段的實(shí)際情況，對模型的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了在地鐵內(nèi)污染物濃度計算中的應(yīng)用。

6、　　 (5)根據(jù)列車在區(qū)間隧道內(nèi)運(yùn)動時車體壓力的變化過程，結(jié)合車廂密封性，同時對車廂內(nèi)外壓力差、車廂漏風(fēng)量、車輛風(fēng)機(jī)風(fēng)量和車廂內(nèi)污染物濃度的變化過程進(jìn)行了計算和對比分析。
　　 (6)基于車廂內(nèi)污染物濃度水平，對影響車廂空氣質(zhì)量的列車速度、車廂密封性、區(qū)間隧道通風(fēng)、附屬結(jié)構(gòu)物和風(fēng)機(jī)風(fēng)壓等因素進(jìn)行分析，為現(xiàn)有地鐵線路的運(yùn)營和未來的地鐵設(shè)計提供可靠的參考。研究結(jié)果表明：低速條件下車廂內(nèi)污染物的累積效應(yīng)不顯著，污染物濃度可看作是恒定