專利名稱：用液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及室內(nèi)氣流組織熱環(huán)境研究領(lǐng)域，具體涉及用液體模擬地鐵熱環(huán)境中兩股氣流，即站臺(tái)送風(fēng)射流(穩(wěn)態(tài)氣流)和由于列車在區(qū)間隧道內(nèi)運(yùn)行產(chǎn)生的活塞風(fēng) (間歇性受迫非穩(wěn)態(tài)氣流)，在站臺(tái)等溫耦合的實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
地鐵作為一種重要的交通工具，以其快速、安全、便利和無污染等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外大中城市廣泛應(yīng)用。而因區(qū)間內(nèi)運(yùn)行列車前后壓差而導(dǎo)致的活塞風(fēng)與車站通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)氣流在車站相耦合是地鐵熱環(huán)境氣流組織的典型特征，其廣泛存在于站臺(tái)層、站廳層和中轉(zhuǎn)區(qū)域等。這兩股氣流耦合的基本規(guī)律及其優(yōu)化與地鐵熱環(huán)境的舒適性和系統(tǒng)能耗緊密相關(guān)， 而在現(xiàn)有相關(guān)研究中未見報(bào)道，因此站臺(tái)活塞風(fēng)與送風(fēng)射流耦合作用規(guī)律的研究具有重要意義且亟待解決。目前地鐵熱環(huán)境研究方法主要有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，數(shù)值模擬和少量氣體縮尺模型實(shí)驗(yàn)。 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)受到測(cè)試時(shí)段車況、車站乘客等現(xiàn)場(chǎng)因素制約，較難分析物理現(xiàn)象的變化規(guī)律；數(shù)值模擬受限于物理模型的建立和邊界條件的設(shè)定，其研究結(jié)果的可信性需經(jīng)其他研究手段的驗(yàn)證；搭建包括區(qū)間隧道、站臺(tái)和站廳在內(nèi)的地鐵氣體縮尺模型試驗(yàn)臺(tái)較為復(fù)雜，且氣流在小尺寸下的變化規(guī)律與原型尺寸的差異較大。此外由于空氣粘滯系數(shù)比水小一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此氣體縮尺實(shí)驗(yàn)裝置的幾何尺寸較大，占用較多空間。因此研究出一種能以液體代替氣體獲得活塞風(fēng)與站臺(tái)送風(fēng)射流耦合規(guī)律的系統(tǒng)裝置，是解決當(dāng)前地鐵熱環(huán)境基礎(chǔ)問題十分緊迫而有意義的工作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型公開了一種用液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置在滿足水和氣體相關(guān)相似準(zhǔn)則前提下，能較好再現(xiàn)穩(wěn)態(tài)射流與間歇性受迫氣流耦合前后的物理現(xiàn)象及其速度場(chǎng)變化特性，可以克服現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中現(xiàn)場(chǎng)諸因素的干擾， 彌補(bǔ)了數(shù)值模擬受限于物理建模和邊界條件設(shè)定的制約，本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置不僅方便調(diào)節(jié)工況，而且液體縮尺模型試驗(yàn)臺(tái)尺寸大小適中，方便測(cè)量，在滿足相似準(zhǔn)則前提下，能較好再現(xiàn)地鐵復(fù)雜氣流組織變化特性，為地鐵設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)過程中實(shí)現(xiàn)站臺(tái)氣流組織的舒適性和節(jié)能性服務(wù)。本實(shí)用新型技術(shù)方案如下一種用液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括三部分地鐵車站模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A、模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B、模型站臺(tái)系統(tǒng)C ；其特征在于模型站臺(tái)系統(tǒng)C包括一個(gè)封閉水箱，封閉水箱上方等距離開有三個(gè)水管口，分別為水管口一，水管口二，水管口三，封閉水箱右側(cè)壁開有回水口和四個(gè)溢水口，封閉水箱左側(cè)壁開有進(jìn)水口；模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A包括閥門二、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、閥門一、水泵二 ；封閉水箱右側(cè)壁的回水口經(jīng)管道依次與水泵二、閥門一、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一、閥門二連接，管道末端連接封閉水箱左側(cè)壁的進(jìn)水口 ；構(gòu)成模型活塞風(fēng)送風(fēng)部分；模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B包括一個(gè)儲(chǔ)水箱、三個(gè)水泵、三個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)、三個(gè)閥門和管路構(gòu)成；所述的儲(chǔ)水箱開有三個(gè)出水口，分別通過管道依次與水泵、閥門、轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接，三個(gè)管道末端分別與封閉水箱的水管口一、水管口二、水管口三連通，構(gòu)成模型送風(fēng)射流部分。所述封閉水箱的回水口設(shè)置在封閉水箱右側(cè)壁的中心，進(jìn)水口設(shè)置在封閉水箱左側(cè)壁后下方，其中一個(gè)溢水口在封閉水箱右側(cè)與進(jìn)水口對(duì)應(yīng)于同一中心線位置，其它三個(gè)溢水口等距離排列在封閉水箱同側(cè)壁上部。本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置能對(duì)非空調(diào)季節(jié)地鐵典型氣流組織速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的耦合規(guī)律進(jìn)行研究，填補(bǔ)了地鐵熱環(huán)境現(xiàn)有研究手段的不足；液體模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工況不方便調(diào)節(jié)和數(shù)值模擬受邊界條件等輸入?yún)?shù)制約的不足，在滿足相似準(zhǔn)則前提下， 較好再現(xiàn)了地鐵復(fù)雜氣流組織變化特性，試驗(yàn)臺(tái)尺寸大小適中，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可靠，為地鐵設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)過程中實(shí)現(xiàn)站臺(tái)氣流組織的舒適性和節(jié)能性提供了有效研究手段。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置模型站臺(tái)系統(tǒng)C俯視圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置模型送風(fēng)射流儲(chǔ)水箱部分軸測(cè)圖。A 地鐵車站模型活塞風(fēng)系統(tǒng)B:模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)C:模型站臺(tái)系統(tǒng)1、閥門二，2、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一，3、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，4、閥門一，5、水泵二，6、儲(chǔ)水箱，7、水泵，8、閥門，9、轉(zhuǎn)子流量計(jì)，10、進(jìn)水口，11、水管口一，12、水管口二，13、水管口三，14、溢水口，15、回水口，16、封閉水箱。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。一種用液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示包括三部分地鐵車站模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A、模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B、模型站臺(tái)系統(tǒng)C ；三部分各用虛線框表示。模型站臺(tái)系統(tǒng)C如圖1、圖2所示，包括一個(gè)封閉水箱16，封閉水箱上方等距離開有三個(gè)水管口，水管口一 11，水管口二 12，水管口三13，封閉水箱右側(cè)壁開有回水口 15和四個(gè)溢水口 14，封閉水箱左側(cè)壁開有進(jìn)水口 10 ；地鐵車站模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A如圖1所示，包括閥門二 1、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一 2、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3、閥門一 4、水泵二 5 ；封閉水箱右側(cè)壁的回水口 15經(jīng)管道依次與水泵二 5、閥門一 4、 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一 2、閥門二 1連接，管道末端連接封閉水箱左側(cè)壁的進(jìn)水口 10 ； 構(gòu)成地鐵車站模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A。模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B如圖1、圖3所示，包括一個(gè)儲(chǔ)水箱6、三個(gè)水泵7、三個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)9、三個(gè)閥門8和管路構(gòu)成；所述的儲(chǔ)水箱6開有三個(gè)出水口，分別通過管道依次與水泵7、閥門8、轉(zhuǎn)子流量計(jì)9連接，三個(gè)管道末端分別與封閉水箱的水管口一 11、水管口二 12、水管口三13連通，構(gòu)成模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B。如圖2所示所述封閉水箱16的回水口 15設(shè)置在封閉水箱右側(cè)壁的中心，進(jìn)水口 10設(shè)置在封閉水箱左側(cè)壁后下方，其中一個(gè)溢水口 14在水箱右側(cè)與進(jìn)水口對(duì)應(yīng)于同一中心線位置，其它三個(gè)溢水口 14等距離排列在封閉水箱同側(cè)壁上部。本實(shí)用新型采用胭脂紅色食品添加劑(如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為Q/GHAK 5)作為染色劑添加到模型站臺(tái)系統(tǒng)C中的封閉水箱中，來顯示模型站臺(tái)(C)中耦合氣流的流線，從而方便對(duì)流線變化特性的跟蹤研究。本實(shí)用新型采用液體流速測(cè)試儀(如LGY-III型多功能智能流速儀)測(cè)試模型試驗(yàn)臺(tái)(C)內(nèi)耦合前后流速場(chǎng)。封閉水箱16表示模型站臺(tái)系統(tǒng)C。其中封閉水箱上的水管口一 11、水管口二 12、 水管口三13表示模型送風(fēng)射流噴口 ；封閉水箱上的進(jìn)水口 10表示模型活塞風(fēng)進(jìn)風(fēng)口。實(shí)施例1 模擬單個(gè)送風(fēng)噴口與活塞風(fēng)等溫耦合工況如圖1中將水管口 11和水管口 13上的水泵7、閥門8關(guān)閉，水管口 12的水泵7、 閥門8開啟，以上海南京西路地鐵車站站臺(tái)層為原型，原型與模型幾何尺寸對(duì)應(yīng)見表1。經(jīng)分析計(jì)算，為滿足原型與本實(shí)用新型液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)動(dòng)相似，只需在動(dòng)力相似中滿足雷諾數(shù)相等或模型中流動(dòng)處于自模區(qū)。表2為保持活塞風(fēng)風(fēng)速不變，調(diào)整送風(fēng)射流風(fēng)速對(duì)應(yīng)的模型水流速與流量值；表3為保持送風(fēng)射流速度不變，調(diào)整活塞風(fēng)風(fēng)速對(duì)應(yīng)的模型水流速與流量值。表1站臺(tái)原型與模型裝置幾何尺寸對(duì)應(yīng)表
權(quán)利要求1.一種用液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括三部分地鐵車站模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A、模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B、模型站臺(tái)系統(tǒng)C ；其特征在于所述的模型站臺(tái)系統(tǒng)C包括一個(gè)封閉水箱(16)，封閉水箱上方等距離開有三個(gè)水管口，分別為水管口一(11)，水管口二(12)，水管口三(13)，封閉水箱右側(cè)壁開有回水口(15) 和四個(gè)溢水口(14)，封閉水箱左側(cè)壁開有進(jìn)水口(10)；所述的模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A包括閥門二(1)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一 O)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(3)、閥門一 G)、水泵二(5)；封閉水箱右側(cè)壁的回水口(15)經(jīng)管道依次與水泵二(5)、閥門一 0)、 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(3)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一 O)、閥門二(1)連接，管道末端連接封閉水箱(16)左側(cè)壁的進(jìn)水口 (10)；所述的模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B由一個(gè)儲(chǔ)水箱(6)、三個(gè)水泵(7)、三個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(9)、三個(gè)閥門(8)和管路構(gòu)成；所述的儲(chǔ)水箱(6)開有三個(gè)出水口，分別通過管道依次與水泵(7)、閥門(8)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)(9)連接，三個(gè)管道末端分別與封閉水箱的水管口一(11)、水管口二(12)、水管口三(13)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述封閉水箱的回水口(1 設(shè)置在封閉水箱(16)右側(cè)壁的中心，進(jìn)水口(10)設(shè)置在封閉水箱(16)左側(cè)壁后下方，其中一個(gè)溢水口(14)設(shè)置在封閉水箱右側(cè)與進(jìn)水口對(duì)應(yīng)于同一中心線位置，其它三個(gè)溢水口(14)等距離排列在封閉水箱(16)同側(cè)壁上部。
專利摘要一種用液體模擬地鐵環(huán)境中兩股氣流等溫耦合過程的實(shí)驗(yàn)裝置，模型站臺(tái)系統(tǒng)C的封閉水箱上方等距離開有三個(gè)水管口，封閉水箱右側(cè)壁開有回水口和四個(gè)溢水口，封閉水箱左側(cè)壁開有進(jìn)水口；地鐵車站模型活塞風(fēng)系統(tǒng)A是由封閉水箱右側(cè)壁的回水口經(jīng)管道依次與水泵、閥門一、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一、閥門二連接，管道末端連接封閉水箱左側(cè)壁的進(jìn)水口；模型車站送風(fēng)射流系統(tǒng)B包括一個(gè)儲(chǔ)水箱、所述的儲(chǔ)水箱開有三個(gè)出水口，分別通過管道依次與水泵、閥門、轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接，三個(gè)管道末端分別與封閉水箱的水管口一、水管口二、水管口三連通。本實(shí)用新型采用的液體模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸大小適中，結(jié)果可靠，為地鐵設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)過程中復(fù)雜站臺(tái)氣流組織研究提供了有效手段。
文檔編號(hào)G01M9/00GK202305172SQ20112041748
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者宋潔, 杜曉明, 沈麗, 王麗慧 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)