專利名稱：一種測試曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及隧道通風(fēng)防災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域的摩擦阻力系數(shù)模擬試驗技術(shù)。尤其涉及曲線隧道的通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，人們在確定隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)時，通常的做法有三種(I)經(jīng)驗取值法，即根據(jù)以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在某一范圍內(nèi)隨機(jī)取值；(2)現(xiàn)場測試法，即通過現(xiàn)場的實測獲得數(shù)據(jù)；(3)數(shù)值計算法，即通過建立數(shù)值計算模型，通過計算機(jī)計算而得。這三種方法都存在一定的局限性。首先，經(jīng)驗取值法中取值范圍內(nèi)的摩擦阻力系數(shù)大多是對直線隧道摩擦阻力系數(shù)的累積和統(tǒng)計，其中鮮有曲線隧道的摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)。顯然，在進(jìn)行曲線隧道的通風(fēng)設(shè)計時，如果采用經(jīng)驗取值法確定摩擦阻力系數(shù)則不可避免會造成誤差，尤其 在遇到曲線半徑較小，而轉(zhuǎn)角又很大的情況下，風(fēng)流狀態(tài)與直線的情況完全不同，仍然采用經(jīng)驗取值法就有可能造成不可接受的結(jié)果。其次，現(xiàn)場測試法確實能夠獲得較為準(zhǔn)確的摩擦阻力系數(shù)，但它由于對施工或運營存在干擾，可能帶來其它不良后果，也無法開展摩擦阻力系數(shù)與曲線半徑或曲線轉(zhuǎn)角間關(guān)系的研究以及類似涉及不同曲線半徑或轉(zhuǎn)角等的研究內(nèi)容。最后，數(shù)值計算法雖然可以克服上述兩種方法的不足，但在遇到曲線隧道時，由于缺乏實際的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，其結(jié)果無法得到有效確認(rèn)。目前，還未見有有關(guān)曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)相關(guān)的模擬測試裝置的報道。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，提供一種測試曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗裝置。旨在解決如何有效地測試曲線類隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的難題。本測試曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗裝置由以相似比例分段制作并連接而成的模擬原型曲線隧道的曲線模型隧道和供整流用的直線模型隧道、根據(jù)相似比選用的與原型隧道壁面粗糙度相應(yīng)的貼合在曲線模型隧道內(nèi)表面的砂紙以及靜壓測試管、帶測試小孔的整流圓管、微壓計、通過變頻器控制的試驗風(fēng)機(jī)所構(gòu)成，其中，曲線模型隧道的一端與直線模型隧道密閉連接、曲線模型隧道的另一端通過過渡節(jié)與帶測試小孔的整流圓管連接、整流圓管與試驗風(fēng)機(jī)連接且上述各連接部件的軸線處于同一水平高度，與微壓計相接的靜壓測試管分別安裝在曲線模型隧道的待測長度的兩端點位置，整流圓管的測試小孔用L型皮托管與微壓計相接。在本測試曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗裝置中，根據(jù)相似比分段制作的模型隧道在斷面形狀和曲線半徑方面保證了與原型隧道的幾何相似性；模型隧道試驗風(fēng)速與原型隧道待測風(fēng)速之間的關(guān)系滿足兩個幾何相似的封閉系統(tǒng)中不可壓縮流體的動力相似條件；而砂紙粗糙面的粗糙度與原型隧道粗糙度保持相似。因此，根據(jù)相似理論，通過滿足上述條件的模型試驗所測得試驗風(fēng)量下的通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)即與原型隧道待測風(fēng)速下的沿程摩擦阻力系數(shù)相近似。本模擬試驗裝置的優(yōu)點是取材容易，簡單可行。模擬試驗得到的結(jié)果與實際數(shù)值計算結(jié)果相比較，達(dá)到了工程上可接受的精度要求。解決了開展諸如曲線類隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)與曲線半徑或曲線轉(zhuǎn)角關(guān)系等相關(guān)研究時尚無有效的模擬試驗方法和模擬試驗裝置可用的難題。也為今后數(shù)值計算法使用范圍的擴(kuò)大奠定了基礎(chǔ)。本實用新型的內(nèi)容結(jié)合以下實施例作進(jìn)一步說明，但本實用新型的內(nèi)容不僅限于本實施例中所涉及的內(nèi)容。

圖I是本模擬試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是安裝在支架上的模型隧道、整流圓管和試驗風(fēng)機(jī)之間的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是圖I的B-B放大視圖圖4是圖I的A-A放大視圖
具體實施方式
參見圖I 4，本測試曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗裝置由以相似比例分段制作并連接而成的模擬原型曲線隧道的曲線模型隧道12和供整流用的直線模型隧道11、根據(jù)相似比選用的與原型隧道壁面粗糙度相應(yīng)的貼合在曲線模型隧道12內(nèi)表面的砂紙2以及靜壓測試管4、帶測試小孔的整流圓管9、微壓計16、通過變頻器17控制的試驗風(fēng)機(jī)14所構(gòu)成，其中，曲線模型隧道12的一端與直線模型隧道11密閉連接、曲線模型隧道12的另一端通過過渡節(jié)13與帶測試小孔的整流圓管9連接、整流圓管9與試驗風(fēng)機(jī)14連接且上述各連接部件的軸線處于同一水平高度，與微壓計16相接的靜壓測試管4分別安裝在曲線模型隧道12的待測長度的兩端點位置，整流圓管9兩側(cè)的水平測試小孔用兩支L型皮托管18、19分別與微壓計相接，整流圓管9上方的測試小孔用一支L型皮托管8與微壓計相接，皮托管進(jìn)風(fēng)管嘴的軸線與風(fēng)流截面垂直。圖中10為直線模型隧道11的進(jìn)風(fēng)喇叭口，15為實驗臺，6為安裝曲線模型隧道12、直線模型隧道11、整流圓管9和試驗風(fēng)機(jī)14的安裝支架，7為皮托管支架。分段制作的曲線模型隧道每段的長度以連接后能模擬出原型隧道的曲線半徑為宜。分段制作整流用直線模型隧道的好處是方便制作和運輸，使用時其連接長度以滿足整流需用長度即可。本模擬試驗裝置以雅瀘高速公路上的小半徑螺旋型曲線隧道一鐵寨子I號隧道為原型隧道開展了模擬驗證試驗。接好風(fēng)機(jī)14和變頻器17的用電線路后將微壓計調(diào)零，開啟風(fēng)機(jī)，利用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量到試驗風(fēng)量，穩(wěn)定后讀取靜壓差值和動壓值，再將獲得的靜壓差值和動壓值代入公式計算即可得到曲線模型隧道內(nèi)的摩阻系數(shù)。試驗結(jié)果采用了與數(shù)值計算結(jié)果相互比較的方式進(jìn)行驗證。試驗結(jié)果表明，試驗?zāi)Σ磷枇ο禂?shù)與計算摩擦阻力系數(shù)之間的相對誤差在3%到9%之間，平均只有5%，完全滿足工程上10%的精度要求。
權(quán)利要求1.一種測試曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗裝置，其特征是所述的模擬試驗裝置由以相似比例分段制作并連接而成的模擬原型曲線隧道的曲線模型隧道和供整流用的直線模型隧道、根據(jù)相似比選用的與原型隧道壁面粗糙度相應(yīng)的貼合在曲線模型隧道內(nèi)表面的砂紙以及靜壓測試管、帶測試小孔的整流圓管、微壓計、通過變頻器控制的試驗風(fēng)機(jī)所構(gòu)成，其中，曲線模型隧道的一端與直線模型隧道密閉連接、曲線模型隧道的另一端通過過渡節(jié)與帶測試小孔的整流圓管連接、整流圓管與試驗風(fēng)機(jī)連接且上述各連接部件的軸線處于同一水平高度，與微壓計相接的靜壓測試管分別安裝在曲線模型隧道的待測長度的兩端點位置，整流圓管的測試小孔用L型皮托管與微壓計相接。
專利摘要一種測試曲線隧道通風(fēng)沿程摩擦阻力系數(shù)的模擬試驗裝置，屬隧道通風(fēng)防災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域。由以相似比例分段制作并連接而成的曲線模型隧道和直線模型隧道、根據(jù)相似比選用的與原型隧道壁面粗糙度相應(yīng)的貼合在曲線模型隧道內(nèi)表面的砂紙、靜壓測試管、帶測試小孔的整流圓管、微壓計、通過變頻器控制的試驗風(fēng)機(jī)所構(gòu)成，曲線模型隧道的一端與直線模型隧道連接、另一端與整流圓管連接，整流圓管與試驗風(fēng)機(jī)連接，靜壓測試管安裝在曲線模型隧道的待測長度的兩端點位置，整流圓管用L型皮托管與微壓計相接。由風(fēng)機(jī)提供試驗風(fēng)量，將測得的靜壓差值和動壓值代入公式計算即可得到曲線模型隧道內(nèi)的摩擦阻力系數(shù)。
文檔編號E21F1/02GK202596766SQ20122015062
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者高菊茹, 徐辰丁, 伍曉軍, 涂文軒, 王書科, 羅建春, 袁瑋, 張博, 黃承軍 申請人:中鐵西南科學(xué)研究院有限公司