本發明涉及通風
技術領域：
，尤其是一種綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數確定方法。
背景技術：
：綜合管廊又稱共同溝，它是實施統一規劃、設計、施工和維護，建于城市地下用于敷設市政公用管線的市政公用設施。綜合管廊通風系統通常利用管廊艙室作為風道，管廊艙室主要包括單獨設置的蒸汽熱力管道艙室、燃氣管道艙室、電力電纜管道艙室和綜合給水、中水、熱水、空調冷水管及電信管的管道艙室等種類不同的艙室，其通風系統的摩擦阻力有所不同。與礦井、地鐵、公路隧道等大截面通風管道相比，綜合管廊最大的特點是其艙室內部管線和敷設的支架占據了絕大部分面積，其通風摩擦阻力特性也有較大的區別。而目前國內外均未對如何計算該類管道艙室的通風摩擦阻力提出有效的解決辦法。在實際的工程設計中，若忽略各管線及其支架對通風摩擦阻力的影響，則可能會出現通風設備壓頭偏小的情況，而若考慮這部分阻力因素乘以一定的安全系數，則可能因無依據，易造成風機選型壓頭偏大的現象，從而造成浪費并增加了將來的運行費用。綜合管廊通風系統的摩擦阻力大小與當量摩擦阻力系數有關，故當量摩擦系數又是綜合管廊通風系統設備計算選型的基礎。然而，目前業內也缺乏計算或確定綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數的方法，不夠科學、有效和方便，亟待進一步完善和提高。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明的目的在于：提供一種科學、有效和方便的，綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數確定方法。本發明所采取的技術方案是：一種綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數確定方法，包括以下步驟：采用理論公式計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力；采用數值計算方法計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力；對比同等條件下理論公式與數值計算方法的計算結果，得到第一修正系數，所述第一修正系數用于對數值計算方法得出的摩擦阻力進行修正；采用數值計算方法計算考慮管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力；對比同等條件下忽略與考慮管線和支架敷設情況時數值計算方法的計算結果，得到第二修正系數，所述第二修正系數用于對考慮管線和支架敷設情況時數值計算方法得出的摩擦阻力進行修正；根據第一修正系數和第二修正系數計算綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數。進一步，所述采用理論公式計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力這一步驟，其具體為：采用理論公式計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力δpm1，所述摩擦阻力δpm1的計算公式為：或其中，λ為摩擦阻力系數，rs為管廊水力半徑，l為管廊長度，ρ為空氣密度，v為管廊內空氣平均流速，a為過流斷面面積，qv為體積流量。進一步，所述數值計算方法在計算綜合管廊艙室內的摩擦阻力時，將執行以下操作：s1、建立綜合管廊管道艙室內的摩擦阻力數值計算模型；s2、以綜合管廊管道為原型，搭建用于模擬原型的縮尺模型試驗臺并建立縮尺模型的摩擦阻力數值計算模型；s3、根據綜合管廊管道艙室內的摩擦阻力數值計算模型和輸入的計算參數計算原型的摩擦阻力；s4、根據縮尺模型的摩擦阻力數值計算模型和輸入的計算參數計算縮尺模型的摩擦阻力；s5、對比同等條件下原型的摩擦阻力與縮尺模型的摩擦阻力的差值是否在設定的誤差范圍內，若是，則以原型的摩擦阻力作為數值計算方法的計算結果，反之，則在輸入的新計算參數后返回步驟s3。進一步，所述步驟s2包括：選擇幾何相似比，搭建用于模擬原型的縮尺模型試驗臺，所述縮尺模型試驗臺根據幾何相似比選擇與原型相應粗糙度的材料并使得其管線敷設情況與原型相對應；從縮尺模型試驗臺獲取試驗數據，并建立縮尺模型的初步摩擦阻力數值計算模型；對縮尺模型的初步摩擦阻力數值計算模型進行量綱分析和相似性分析；根據量綱分析和相似性分析的結果對縮尺模型的初步摩擦阻力數值計算模型進行修正，得出縮尺模型的最終摩擦阻力數值計算模型。進一步，所述根據第一修正系數和第二修正系數計算綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數這一步驟，其包括：以數值計算方法計算出的考慮管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力δpm3作為綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力δpm3，得到當量摩擦阻力δpm3與第一修正系數k1和第二修正系數k2的修正關系式，所述得到的修正關系式為：其中，δpm2為數值計算方法計算出的忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力，λ′為綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數，r′s為綜合管廊通風系統的當量水力半徑；根據得到的修正表達式和是否考慮管線和支架敷設情況計算綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數λ′：若忽略管線和支架敷設情況，則r′s＝rs，λ′＝k1k2λ；若考慮管線和支架敷設情況，則r′s＝(斷面面積-管線和支架敷設面積)÷(斷面周長+管線和支架周長)，進一步，還包括根據綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數λ′對管線和支架敷設的情況按設定的劃分標準進行劃分，得出管線和支架敷設情況與當量直徑的對應關系的步驟。進一步，所述設定的劃分標準包括兩種劃分標準：一種是按管線類型、大小尺寸、數量和層數參數進行劃分；另一種是按濕周、水力半徑以及當量直徑的定義進行劃分。進一步，還包括在綜合管廊具有非水平直線的走向時，對綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數進行進一步修正的步驟，其中，具有非水平直線的走向是指具有彎度或坡度。進一步，還包括將綜合管廊各類艙室各種情況下的當量摩擦阻力系數及當量摩擦阻力進行匯總，并以圖表的形式進行展現的步驟，其中，各種情況包括不同過流斷面、不同管線、不同支架敷設方式以及不同彎度和坡度。本發明的有益效果是：增設了對比同等條件下理論公式與數值計算方法的計算結果以及對比同等條件下忽略與考慮管線和支架敷設情況時數值計算方法的計算結果的步驟，綜合采用了理論公式計算、數值計算和二次修正的方法來確定綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數，克服了現有技術因忽略各管線及其支架對通風摩擦阻力的影響而導致通風設備壓頭偏小或因考慮各管線及其支架的對通風摩擦阻力的影響而造成風機選型壓頭偏大的缺陷，更加科學、有效和方便。附圖說明圖1為本發明一種綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數確定方法的整體流程圖；圖2為實施例一廣州亞運城綜合管廊管道艙斷面圖；圖3為實施例一水力半徑的求解示意圖；圖4是實施例一考慮彎度時管廊參數的俯視圖；圖5是實施例一考慮坡度時管廊參數的正視圖；圖6是實施例一摩擦阻力的擬合曲線圖；圖7是實施例一修正系數的擬合曲線圖。具體實施方式參照圖1，一種綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數確定方法，包括以下步驟：采用理論公式計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力；采用數值計算方法計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力；對比同等條件下理論公式與數值計算方法的計算結果，得到第一修正系數，所述第一修正系數用于對數值計算方法得出的摩擦阻力進行修正；采用數值計算方法計算考慮管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力；對比同等條件下忽略與考慮管線和支架敷設情況時數值計算方法的計算結果，得到第二修正系數，所述第二修正系數用于對考慮管線和支架敷設情況時數值計算方法得出的摩擦阻力進行修正；根據第一修正系數和第二修正系數計算綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數。其中，忽略管線和支架敷設情況是指，在計算時將管線和支架情況排除在考慮的范圍之外，即在計算時不考慮管線和支架情況。進一步作為優選的實施方式，所述采用理論公式計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力這一步驟，其具體為：采用理論公式計算忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力δpm1，所述摩擦阻力δpm1的計算公式為：或其中，λ為摩擦阻力系數，rs為管廊水力半徑，l為管廊長度，ρ為空氣密度，v為管廊內空氣平均流速，a為過流斷面面積，qv為體積流量。進一步作為優選的實施方式，所述數值計算方法在計算綜合管廊艙室內的摩擦阻力時，將執行以下操作：s1、建立綜合管廊管道艙室內的摩擦阻力數值計算模型；s2、以綜合管廊管道為原型，搭建用于模擬原型的縮尺模型試驗臺并建立縮尺模型的摩擦阻力數值計算模型；s3、根據綜合管廊管道艙室內的摩擦阻力數值計算模型和輸入的計算參數計算原型的摩擦阻力；s4、根據縮尺模型的摩擦阻力數值計算模型和輸入的計算參數計算縮尺模型的摩擦阻力；s5、對比同等條件下原型的摩擦阻力與縮尺模型的摩擦阻力的差值是否在設定的誤差范圍內，若是，則以原型的摩擦阻力作為數值計算方法的計算結果，反之，則在輸入的新計算參數后返回步驟s3。進一步作為優選的實施方式，所述步驟s2包括：選擇幾何相似比，搭建用于模擬原型的縮尺模型試驗臺，所述縮尺模型試驗臺根據幾何相似比選擇與原型相應粗糙度的材料并使得其管線敷設情況與原型相對應；從縮尺模型試驗臺獲取試驗數據，并建立縮尺模型的初步摩擦阻力數值計算模型；對縮尺模型的初步摩擦阻力數值計算模型進行量綱分析和相似性分析；根據量綱分析和相似性分析的結果對縮尺模型的初步摩擦阻力數值計算模型進行修正，得出縮尺模型的最終摩擦阻力數值計算模型。進一步作為優選的實施方式，所述根據第一修正系數和第二修正系數計算綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數這一步驟，其包括：以數值計算方法計算出的考慮管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力δpm3作為綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力δpm3，得到當量摩擦阻力δpm3與第一修正系數k1和第二修正系數k2的修正關系式，所述得到的修正關系式為：其中，δpm2為數值計算方法計算出的忽略管線和支架敷設情況時綜合管廊艙室內的摩擦阻力，λ′為綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數，r′s為綜合管廊通風系統的當量水力半徑；根據得到的修正表達式和是否考慮管線和支架敷設情況計算綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數λ′：若忽略管線和支架敷設情況，則r′s＝rs，λ′＝k1k2λ；若考慮管線和支架敷設情況，則r′s＝(斷面面積-管線和支架敷設面積)÷(斷面周長+管線和支架周長)，進一步作為優選的實施方式，還包括根據綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數λ′對管線和支架敷設的情況按設定的劃分標準進行劃分，得出管線和支架敷設情況與當量直徑的對應關系的步驟。進一步作為優選的實施方式，所述設定的劃分標準包括兩種劃分標準：一種是按管線類型、大小尺寸、數量和層數參數進行劃分；另一種是按濕周、水力半徑以及當量直徑的定義進行劃分。進一步作為優選的實施方式，還包括在綜合管廊具有非水平直線的走向時，對綜合管廊通風系統的當量摩擦阻力系數進行進一步修正的步驟，其中，具有非水平直線的走向是指具有彎度或坡度。進一步作為優選的實施方式，還包括將綜合管廊各類艙室各種情況下的當量摩擦阻力系數及當量摩擦阻力進行匯總，并以圖表的形式進行展現的步驟，其中，各種情況包括不同過流斷面、不同管線、不同支架敷設方式以及不同彎度和坡度。下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步解釋和說明。實施例一針對現有技術缺乏計算或確定綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數的方法的問題，本發明提出了當量摩擦阻力系數的概念，并提供了一種采用現場實地測量、縮尺模型試驗研究、數值計算模擬仿真和理論經驗公式修正等多種手段對綜合管廊通風系統當量摩擦阻力系數進行確定的方法。該方法可以作為通風系統設備計算選型的基礎，解決了不同斷面、不同管線、不同支架敷設方式以及不同弧度和坡度的通風系統當量摩擦阻力系數的選取缺乏依據的難題。以廣州亞運城綜合管廊管道艙為例，其管道艙斷面高3.1m，寬2.8m，內部布置管線包括通信電纜1、中水管3、消防水管2，如圖2所示，其當量摩擦阻力系數的確定過程具體包括：(一)采用現有理論經驗公式計算忽略管線和支架敷設情況下綜合管廊艙室內的摩擦阻力δpm1。δpm1的計算公式為：或式中，λ為摩擦阻力系數，單位為m；rs為管廊水力半徑，單位為m；l為管廊長度，單位為m；ρ為空氣密度，單位為kg/m3；v為管廊內空氣平均流速，單位為m/s；a為過流斷面面積，單位為m2；qv為體積流量。δpm1的計算參數又可具體分為以下2種情況：(1)層流：(2)紊流紊流時，不同區域的計算參數為：1)紊流水力光滑區：2)紊流過渡區：3)紊流粗糙區：以上各式中，re為雷諾系數，d為管廊直徑，單位為m；k為管廊的粗糙度，單位為mm，薄鋼板或鍍鋅鋼板的k＝0.15～0.18；砌墻體的k＝3～6；混凝土的k＝1～3。而水力半徑p為濕周，單位為m。(二)在與理論公式流速或流量相同的條件下，用數值計算方法計算忽略管線和支架敷設情況下綜合管廊艙室內的摩擦阻力δpm2。(三)對比理論經驗公式與數值計算方法的計算結果，然后對數值計算方法得出的摩擦阻力進行修正，其修正系數用k1表示，則有：(四)在與忽略管線和支架敷設情況時的流速或流量相同的條件下，用數值計算方法分別計算考慮管線和支架敷設情況下綜合管廊艙室內的摩擦阻力δpm3。(五)對比忽略與考慮管線和支架敷設情況下數值計算方法的計算結果，對考慮管線和支架敷設情況下數值計算方法得出的摩擦阻力進行修正，其修正系數用k2表示，則有：則當量摩擦阻力即從而分別得到相應的速度當量直徑dv和流量當量直徑dl，以及得到當量摩擦阻力系數λ′與當量水力半徑rs′的修正關系式。本發明數值計算方法的可靠性可通過以下步驟進行保證：1)、首先對廣州亞運城綜合管廊管道艙的通風摩擦阻力進行現場實地測量，同時建立相關數值計算模型并對其進行仿真計算，使計算結果與實測結果的誤差控制在工程允許范圍內。2)、選擇適當的幾何相似比，搭建模擬原型的縮尺模型試驗臺，根據相似比選擇與原型相應粗糙度的材料，保持模型內部管線敷設情況與原型相對應，并獲取試驗數據；同時建立縮尺模型相關的數值計算模型并對其進行仿真計算。在進行相似性研究時，由于原型與縮尺模型兩者慣性力與浮升力所占的比例不同，如果只保證原型與縮尺模型雷諾數相等，則勢必會存在一定誤差，因此要先進行量綱分析和相似性分析，再在縮尺模型所獲取的數據反推到實際原型時做一定的修正。對于不可壓縮流體的定常流動來說，如果其縮尺模型流動和原型流動力學相似，則它們的弗勞德數fr、歐拉數eu和雷諾數re必須各自相等，此時，fr和re分別要各自滿足和kv和kl分別為速度比例尺和長度比例尺，當kl≠1時不成立，而歐拉數準則與上述兩個準則沒有矛盾，因此需要先進行取舍，再對模型結果進行修正，具體做法為：在保證雷諾數相等的條件下，對當量摩擦阻力系數進行擬合修正，得出λ關于雷諾數re和壁面相對粗糙度的關系式或者在弗勞德數和雷諾數都不相等的情況下，對當量摩擦阻力系數進行擬合修正，得出λ關于弗雷德數fr、雷諾數re和壁面相對粗糙度的關系式得出最佳相似方案。3)、將仿真計算和理論公式計算的數據進行對比，使誤差控制在工程允許范圍內，并且分別與原型進行對比，得出原型與縮尺模型之間的相似修正系數。4)、對每一種工況下的數值計算結果，都通過相應工況的縮尺模型所獲取的數據來驗證，以保證結果的可靠性。(六)對管線和支架敷設的情況按一定的劃分標準進行劃分，得出管線和支架敷設情況與當量直徑的一一對應關系。本發明的劃分標準分為以下兩種：第一種是按管線類型、大小尺寸、數量和層數等參數進行劃分。其中，通信線纜按層數進行劃分，用n1表示通信線纜敷設的層數。電力電纜按層數進行劃分，用n2表示表示電力電纜敷設的層數。而給水、再生水管道，排水管渠，天然氣管道，熱力管道和消防水管道則按大小尺寸劃分，具體劃分情況如下表1所示：表1管線劃分表公稱直徑dn數量200以下n3200-400n4400-600n5600-800n6800-1000n7另一種劃分標準是按濕周、水力半徑以及當量直徑的定義進行劃分：將管線所占的截面面積從過流斷面面積中舍去，并將管線周長納入濕周，從而對水力半徑進行修正。如圖3所示，寬、高分別為a、b的管廊內部布置了一條半徑為r的管線，忽略管線敷設情況時，其水力半徑而考慮管線敷設情況時，其水力半徑代入理論經驗公式進行計算，并與數值計算方法的結果進行對比，可得出其修正系數。(七)在管廊是具有一定彎度或坡度等非水平直線的走向時，對其通風摩擦阻力系數進行進一步修正。1)考慮彎度的管廊摩擦阻力系數確定方法：按照一定標準(與等長度的直線管廊對比)，在不同弧長和半徑的情況下得出相應的修正系數kw，如圖4所示，則有：kw＝kw(l,r)其中，l為弧長，單位為m；r為半徑，單位為m。2)考慮坡度的管廊摩擦阻力系數確定方法：按照一定標準(與等長度的直線管廊對比)，在不同角度和高度的情況下得出相應的修正系數kp，如圖5所示，則有：kp＝kp(φ,h)其中，φ為角度，單位為°；h為高度，單位為m。(八)最后通過大量的數值計算來建立數據庫，并將綜合管廊各類艙室不同斷面、不同管線、不同支架敷設方式以及不同水平彎度和縱向坡度的摩擦阻力系數及其摩擦阻力進行匯總以圖表的形式展現，如表1、表2、表3、圖6、圖7所示。表2當量直徑查詢表序號n1n2n3n4n5n6n7dvdl10000001dv1dl120000010dv2dl230000100dv3dl340001000dv4dl450010000dv5dl5…………………………由表2可得到：dv＝dv(n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7)dl＝dl(n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7)表3是摩擦阻力系數查詢表dvv△pλdlqv△pλdv1v1dl1qv1dv1v2dl1qv2dv2v1dl2qv1dv2v2dl2qv2…………以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。當前第1頁12