專利名稱：用液體模擬地鐵環(huán)境兩股氣流非等溫耦合過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及室內(nèi)氣流組織熱環(huán)境研究領(lǐng)域，具體涉及到用液體模擬地鐵熱環(huán)境中兩股典型氣流在站臺(tái)非等溫耦合的實(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(wú)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(jiàn)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(wèn)題十分緊迫而有意義的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種用液體模擬地鐵環(huán)境兩股氣流非等溫耦合過(guò)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)象及其溫度場(chǎng)和速度場(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，本發(fā)明實(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(guò)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)。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種用液體模擬地鐵環(huán)境兩股氣流非等溫耦合過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括三部分站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分A、站臺(tái)活塞風(fēng)部分B、站臺(tái)模型部分C，其特點(diǎn)是站臺(tái)模型部分C包括一個(gè)封閉水箱，封閉水箱上方等距離開(kāi)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(kāi)有四個(gè)溢水口，封閉水箱左側(cè)壁開(kāi)有進(jìn)水口 ；站臺(tái)活塞風(fēng)部分B包括儲(chǔ)水箱一、水泵一、閥門一、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一、閥門二和管路構(gòu)成；儲(chǔ)水箱一上開(kāi)有出水口，出水口通過(guò)管路依次與水泵一、閥門一、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一、閥門二、封閉水箱左側(cè)壁的進(jìn)水口連通；構(gòu)成站臺(tái)活塞風(fēng)送風(fēng)部分。
站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分A包括儲(chǔ)水箱二、三個(gè)水泵、三個(gè)閥門、三個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和三條管路構(gòu)成；所述的儲(chǔ)水箱二開(kāi)有三個(gè)出水口，每個(gè)出水口通過(guò)管道依次與水泵、閥門、 轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接，形成三條管路，三條管路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)成站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分。其中，根據(jù)模型試驗(yàn)的相似性原理，在儲(chǔ)水箱二內(nèi)調(diào)節(jié)鹽水的不同濃度，來(lái)反映不同的空調(diào)送風(fēng)溫度。所述封閉水箱的進(jìn)水口設(shè)置在封閉水箱側(cè)壁后下方，其中一個(gè)溢水口在封閉水箱對(duì)應(yīng)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。本發(fā)明的有益效果是本實(shí)驗(yàn)裝置能對(duì)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，能較好再現(xiàn)地鐵復(fù)雜氣流組織溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的變化特性，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(guò)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)。


圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置站臺(tái)模型部分C的俯視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流儲(chǔ)水箱二的軸測(cè)圖。A、站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分B、站臺(tái)活塞風(fēng)部分C、站臺(tái)模型部分1、儲(chǔ)水箱二，2、水泵，3、閥門，4、轉(zhuǎn)子流量計(jì)，5、儲(chǔ)水箱一，6、水泵一，7、閥門一，8、 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，9、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一，10、閥門二，11、進(jìn)水口，12、水管口一，13、水管口二，14、水管口三，15、溢水口，16、封閉水箱。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。一種用液體模擬地鐵環(huán)境兩股氣流非等溫耦合過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示包括三部分站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分A、站臺(tái)活塞風(fēng)部分B、站臺(tái)模型部分C。站臺(tái)模型部分C如圖2所示，包括一個(gè)封閉水箱16，封閉水箱上方等距離開(kāi)有三個(gè)水管口，分別為水管口一 12，水管口二 13，水管口三14，封閉水箱右側(cè)壁開(kāi)有四個(gè)溢水口 15，封閉水箱左側(cè)壁開(kāi)有進(jìn)水口 11 ； 站臺(tái)活塞風(fēng)部分B，包括儲(chǔ)水箱一 5、水泵一 6、閥門一 7、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥8、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一 9、閥門二 10和管路構(gòu)成；儲(chǔ)水箱一上開(kāi)有出水口，出水口通過(guò)管路依次與水泵一 6、閥門一 7、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥8、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一 9、閥門二 10、封閉水箱左側(cè)壁的進(jìn)水口 11連通；構(gòu)成站臺(tái)活塞風(fēng)送風(fēng)部分。 站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分A包括儲(chǔ)水箱二 1、三個(gè)水泵2、三個(gè)閥門3、三個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)4和三條管路構(gòu)成；所述的儲(chǔ)水箱二 1開(kāi)有三個(gè)出水口，每個(gè)出水口通過(guò)管道依次與水泵、閥門、轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接，形成三條管路，三條管路末端分別與封閉水箱的水管口一 12、水管口二 13、水管口三14連通，構(gòu)成站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分。其中，根據(jù)模型試驗(yàn)的相似性原理，在儲(chǔ)水箱二內(nèi)調(diào)節(jié)鹽水的不同濃度，來(lái)反映不同的空調(diào)送風(fēng)溫度。
所述封閉水箱16的進(jìn)水口 11設(shè)置在封閉水箱側(cè)壁后下方，其中一個(gè)溢水口 15在封閉水箱對(duì)應(yīng)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 15等距離排列在封閉水箱同側(cè)壁上部。 本發(fā)明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(lái)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。本發(fā)明采用液體流速測(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)?？刹捎秒妼?dǎo)率儀(如DDSJ-308A)測(cè)量和地鐵車站模型空調(diào)送風(fēng)射流部分 A儲(chǔ)水箱二內(nèi)和模型試驗(yàn)臺(tái)(C)內(nèi)的鹽水密度，從而獲得耦合前后氣流溫度場(chǎng)變化規(guī)律。封閉水箱16表示模型站臺(tái)部分C。其中封閉水箱上的水管口一 12、水管口二 13、 水管口三14表示站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流噴口 ；封閉水箱上的進(jìn)水口 11表示站臺(tái)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)非等溫耦合工況如圖1中將水管口一 12和水管口三14關(guān)閉，水管口二 13開(kāi)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(jiàn)表1。經(jīng)分析計(jì)算，對(duì)于速度場(chǎng)，為滿足原型與此液體縮尺模型試驗(yàn)臺(tái)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)整空調(diào)送風(fēng)速度對(duì)應(yīng)的模型水流速與流量值；表3為保持空調(diào)送風(fēng)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。對(duì)于溫度場(chǎng)，夏季為消除站臺(tái)冷負(fù)荷，空調(diào)系統(tǒng)送入氣流溫度較低，站臺(tái)活塞風(fēng)與空調(diào)射流為非等溫耦合，即模型中為非等密度耦合，為保證原型與模型的動(dòng)力相似，必須同時(shí)滿足阿基米德數(shù)相等。通過(guò)建立模型與原型阿基米德準(zhǔn)則數(shù)相等關(guān)系式，并依據(jù)密度差與溫度差之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，求得對(duì)應(yīng)于原型中不同溫度空氣時(shí)模型中鹽水的不同密度，具體詳見(jiàn)表4。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)境兩股氣流非等溫耦合過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括三部分站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分A、站臺(tái)活塞風(fēng)部分B、站臺(tái)模型部分C，其特征在于站臺(tái)模型部分C包括一個(gè)封閉水箱(16，封閉水箱上方等距離開(kāi)有三個(gè)水管口，分別為水管口一(12)，水管口二(13)，水管口三(14)，封閉水箱右側(cè)壁開(kāi)有四個(gè)溢水口(15)，封閉水箱左側(cè)壁開(kāi)有進(jìn)水口(11)；站臺(tái)活塞風(fēng)部分B包括儲(chǔ)水箱一(5)、水泵一(6)、閥門一(7)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(8)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一(9)、閥門二(10)和管路構(gòu)成；儲(chǔ)水箱一上開(kāi)有出水口，出水口通過(guò)管路依次與水泵一(6)、閥門一(7)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(8)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一(9)、閥門二(10)、封閉水箱左側(cè)壁的進(jìn)水口(11)連通；構(gòu)成站臺(tái)活塞風(fēng)送風(fēng)部分；站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分A包括儲(chǔ)水箱二(1)、三個(gè)水泵O)、三個(gè)閥門(3)、三個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(4)和三條管路構(gòu)成；所述的儲(chǔ)水箱二(1)開(kāi)有三個(gè)出水口，每個(gè)出水口通過(guò)管道依次與水泵、閥門、轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接，形成三條管路，三條管路末端分別與封閉水箱的水管口一 (12)、水管口二(13)、水管口三(14)連通，構(gòu)成站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用液體模擬地鐵環(huán)境兩股氣流非等溫耦合過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置， 其特征在于所述封閉水箱(16)的進(jìn)水口(11)設(shè)置在封閉水箱一側(cè)壁后下方，其中一個(gè)溢水口(15)在封閉水箱對(duì)應(yīng)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(15)等距離排列在封閉水箱同側(cè)壁上部。
全文摘要
用液體模擬地鐵環(huán)境兩股氣流非等溫耦合過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，模型站臺(tái)部分C的封閉水箱上方等距離開(kāi)有三個(gè)水管口，封閉水箱右側(cè)壁開(kāi)有四個(gè)溢水口，封閉水箱左側(cè)壁開(kāi)有進(jìn)水口；儲(chǔ)水箱一上的出水口通過(guò)管路依次與水泵一、閥門一、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)一、閥門二、封閉水箱左側(cè)壁的進(jìn)水口連通，構(gòu)成站臺(tái)活塞風(fēng)送風(fēng)部分。儲(chǔ)水箱二開(kāi)有三個(gè)出水口，每個(gè)出水口通過(guò)管道依次與水泵、閥門、轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接，形成三條管路，三條管路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)成站臺(tái)空調(diào)送風(fēng)射流部分。本發(fā)明再現(xiàn)了地鐵復(fù)雜氣流組織的變化特性，試驗(yàn)臺(tái)尺寸適中，結(jié)果可靠，為地鐵設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中站臺(tái)氣流組織研究提供了有效手段。
文檔編號(hào)G01M9/00GK102359858SQ20111033253
公開(kāi)日2012年2月22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)明者孫云雷, 王麗慧, 鄭懿 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)