天津地铁1号线某车站通风方式模拟

摘要： 几何模型； 负荷计算；模拟分析
Abstract: geometric model; Load calculation; Simulation analysis

车站简介
该车站采用双层岛式站台，站台宽12m，左右线间距为14.8m，有效站台长120m，车站全长176m。车站主体采用双柱三跨双层框构，主体结构净宽19.2m，顶板至底板高1

2.25m，柱距为8m。见图1

图1 小白楼车站断面图
几何模型的建立
本次模拟选取的车站结构尺寸为：120m×19.2m×10.65m；列车尺寸为：117.12 m 2.8 m 3.51 m，列车冷凝器在车顶部，制动电阻在车厢底部。人员的设定为：人群站立于列车运行线一米之外，模拟中简化为厚度为1.2 米、高1.7米、长100米的两个块。本站设有4个乘客出入口，出入口净宽分别为

4.0m、5.0m和7.0m，净高2.7m。

站厅层只设送风口，尺寸为600mm×300mm，共64个，布置在距站厅底部装修面3.9m的高度上。站台层采用上送风，轨顶排风以及轨底回/排风的气流组织形式。送风口尺寸为300mm×600mm，共78个，布置在距站台板3.55m高度的地方。轨顶排风口尺寸为1000mm×500mm，共108个，布置在距站台板3.5m高度的地方。轨底回/排风口尺寸为1000mm×350mm，共80个，均匀布置在站台板下面。
综上

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所述，所建模型如图2所示：
图2 小白楼车站几何模型图
车站公共区空调通风负荷计算结果
站厅层公共区空调送风量为10×104m3/h
站台层公共区空调送风量为1

4.3×104m3/h

站台层站端集中送风量为

4.3×104m3/h

车站公共区总空调送风量为28.6×104m3/h，其中补充新风量为

2.86×104m3/h，空调回风量为2

5.74×104m3/h

通风季通风量为28.6×104m3/h 车站公共区计算冷量为1760kW
边界条件的设定

4.1 站台发热量及相关的温度设定

4.

1.1 站台发热量

人员散热量：在模拟分析中，选择晚高峰作为最不利工况进行分析。车站内人员显热散热量（人员散热只考虑显热散热量）按在商店内的轻劳动算，为74W/人；乘客在站台逗留时间设定为3分钟，晚高峰时段站台预计平均逗留600人，站台人员负荷为44kW；
列车发热量：冷凝器散热位于列车的顶部，大约有320kW的冷凝热。制动电阻的散热位于列车的底部，列车停站时，既有站列车平均有200kW左右的制动电阻散热量散发到车站，冷凝器和制动电阻均可看作是沿轨道方向均匀散热的热源。
照明灯具：车站公共区13W/m2 ，区间7W/m2。照明灯具负荷为：120×5×13×2=15600(W)=1

5.6(kW)，散热位置布置在顶棚。

广告灯箱： 30kW/站。散热位置布置在地铁站台的侧墙壁上。
4.

1.2 相关的温度设定

夏季空调室外计算干球温度为3

2.4℃；夏季室外空气通风计算温度为27℃；

送风温度：空调工况下取15℃（计算求得）；通风工况下取27℃；
隧道空气温度：25℃；
围护结构壁面温度：24℃（顶部除外）；
列车壁面温度：27℃（顶部及底部除外）。

4.2 相关的速度设定

由车站公共区空调通风负荷计算结果和风口尺寸的大小，可求出送、排风口的风速。分别如下所示：
站厅层送风口风速为

2.41m/s；

站台层送风口风速为

2.83m/s；

站台层轨顶排风口风速为

1.03 m/s；

站台层轨底排风口风速为0.85 m/s；
有列车一端活塞风口的风速：0.8 m/s；
无列车一端活塞风口的风速：0.5 m/s。

4.3 CFD模拟相关的参数设定

CFD相关设置1
湍流模型收敛准则压力离散
格式温度离散
格式动量离散
格式离散
格式离散
格式
标准-双方程模型流动：0.001
能量：1×10-6质量力
加权法二阶
迎风格式一阶
迎风格式一阶
迎风格式一阶
迎风格式
CFD相关设置2
欠松弛
系数压力AMG求解格式温度AMG求解格式动量AMG求解格式AMG
求解格式AMG
求解格式
0.3～

1.0V类型Flex类型Flex类型Flex类型Flex类型

网格生成与质量
Airpak中有两种类型的网格：正六面体和正四面体网格。正六面体网格适用于绝大部分情况。对于复杂的几何模型，如球体或椭球体，采用正四面体网格更为合适。在本次模拟中，模型均为正方体或长方体，所以采用了正六面体网格。在满足网格足够细密的基础上，尽量减少网格数量以减少计算量，提高收敛的稳定性，因此，在速度梯度大的地方，网格要足够细密，同时尽量减少梯度小的地方的网格数。此次模拟共生成网格424344个，节点为471367个。网格划分如下图所示：
图3 网格划分侧视图
图4 网格划分俯视图
模拟结果

6.1 空调工况模拟结果

图5 乘客出入口速度分布矢量图

图 6站厅层送风气流流线图
图 7站台层送风气流流线图

6.2 通风工况模拟结果

图8站厅层送风口气流流线侧视图
图 9站台层送风口气流流线图
模拟结果分析
乘客出入口是我们所关心的一个重要区域。列车停靠侧的乘客出入口受列车进站气流的影响最为明显，产生的风速与温度的波动最大。由图5可以看出，乘客出入口温度偏高，除下部温度处于25～28℃以外，其余部分温度都超过了30℃，速度保持在1.0m/s以下。乘客出入口的温度比室外气温要低1～2℃，当乘客从室外气温较高的环境进入到站厅，通过出入口时，会有暂时舒适的感觉，加上在站厅停留的时间比较短，只有1～2分钟，乘客尚无不舒适的反应，又已进入站台。所以，虽然乘客出入口温度有些偏高，但并不影响乘客的舒适性，能满足设计要求。
另外一个我们所关心的是人员停留的区域。 距站台板1.65m高度的温度分布，这正是人体头部所处的区域，其温度场和速度场对人员的影响最为明显。从整体来看，站台板上温度在21～27℃之间。列车与璧面之间的区域温度超过了32℃，但这并不影响站台内乘客的舒适性。
站台及站厅高度方向上的温度分布。温度分布大致保持在20～25℃之间，完全满足设计要求。由于冷凝器散热，列车附近温度偏高，但由于站台顶部送风气流的阻隔，热量并没有扩散到站台板上来，对乘客没有大的威胁。
高为7.5m处（站厅区人体头部断面）的水平温度分布，可以看出温度的变化范围比较大，在站厅中部区域，由于受外界热气流的影响比较小，温度偏低。而在乘客出入口附近，温度明显偏高，这主要是外界热气流作用的结果。在站厅左侧，由于送风口布置的比较少，造成此处的温度偏高，在实际设计时，应引起重视，在此处多布置一些送风口。
图6及图7给出了站厅及站台送风气流流线图。从图中可以看出，除少部分存在绕流外，整个气流组织比较理想。站厅的送风通过楼梯口进入站台。站台列车入口处，由于活塞风的影响，气流受到一定影响，活塞风进入站台中部后，逐渐变小，这种影响也逐渐变弱。
除列车附近温度超过了30℃以外，站台和站厅其余部位温度都在27℃左右，完全满足设计要求。
由图8可以看出，站厅层的送风通过楼梯口进入站台，到达站台板上人员活动的区域。
图9表明，站台端部送风气流受活塞风的影响产生了一定的偏离，从而造成送风气流很难到达站台板上，使得此处温度偏高。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。