新式射流风机在大空间列车检修库的通风模拟★

董海广，胡 睿，赵光辉

(1.中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600；2.北京建筑大学,北京 100044)

0 引言

随着近年来我国高速铁路以及地铁的快速发展，为高铁和地铁提供后勤保障维修服务的动车所和地铁车辆段也同时大量涌现，在动车所和地铁车辆段中的核心功能建筑便是检修库。由于城市土地资源紧张，灯光、机车空调等内部发热源和外部太阳辐射，在夏季工作期间车库内最高温度可达38 ℃以上，库内明显闷热[1]。除了较高的室内温度外，库内由于机车底盘有机物挥发和检修作业，库内还会产生一定量的污染性气体。因此，如何保证车库内的良好通风，为室内输送新鲜空气，降低室内温度的同时提高其空气品质，为工作人员营造一个健康、舒适的工作生产环境，具有重要的意义。

车库大空间的空气环境以及通风研究大多采用数值模拟方法，李炎锋等[2]采用大涡数值模拟研究了地下车库送风口与射流风机风速、换气次数等因素对车库通风效果的影响；张依[3]用数值模拟对某大型物流车库的复合通风进行设计研究；李雪薇等[4]用数值模拟对复式地下车库风口布置与通风系统进行优化分析；孟德雨等[5]用数值模拟研究地下车库氡迁移的规律；李云浩等[6]用数值模拟研究车库内氢气扩散和分布状态；殷明昊等[7]用数值模拟研究车位分布、风口数量和位置对车库内污染物的影响规律。

无风管诱导通风在车库类大空间尚属于较新的通风方式。对于诱导通风系统的使用，国内列车检修库目前还处于尝试阶段。李斯文等[8]用数值模拟方法对地下大空间采用无风管诱导通风时的气流组织进行模拟分析，通过改变送排风口的相对位置、喷嘴的射流角度、送排风机压差，总结了无风管诱导通风系统的运行规律，认为无风管诱导通风系统适合大空间通风。曾雯[9]对盖下车辆段采用4种通风方案进行对比分析，认为诱导通风系统外加壁式送排风机的通风方式对车辆段的热环境改善效果较好。文献[10-11]对不同通风模式进行研究，认为诱导通风系统能有效改善环境质量。本研究以某检修库为研究对象，将一种新式射流风机应用于该检修库进行通风，用数值模拟研究其合适的安装射流俯角，为解决超大空间列车检修库的通风难题提供了一种新的技术通风方法。

1 研究对象概况及模型建立

1.1 研究对象概况

本研究对象为某运用库，长282 m，宽95.6 m，共17股道，内部分3个区域，临修库1条股道，月检库2条股道，停车列检库14条股道，屋面檐口高约13 m。进出端每个股道位置有两扇宽×高2.1 m×5.5 m的折叠外门，检修库主体结构形式为钢结构。

1.2 模型建立

考虑到检修库屋面为钢网架，上部管线较多，将检修库内部高度设定为11 m净高，在排列相同的多股道中取对称的4股道空间来进行研究，建立长282 m、宽18.4 m，高11 m的检修库模型(见图1)，其中内部4条股道均停放长118 m、宽2.8 m、车厢高3.7 m的列车2对，车厢底距地面1.2 m，每股道的进出端4.2 m×5.5 m外门为进风口，入口风速为0.5 m/s，在检修库模型4条股道中的1股和2股，3股和4股道间通道内设8台射流诱导风机，间距35 m，距进出端分别为20 m，55 m，90 m，125 m，160 m，195 m，230 m，265 m，风机中心距地面高度6 m，风机风口采用矩形风口，宽0.9 m，高0.2 m，出口风速16 m，风量10 370 m3/h，风压250 Pa，每股道另外一端外墙设置2台壁式轴流风机，排风量20 800 m3/h。射流风机模型见图2。

1.3 模拟工况设置

根据以上模型，模型采用四面体网格(Tet/Hybrid网格)，并对射流诱导风机周围空间进行局部加密处理，采用Fluent软件，选择基于压力的分离求解器，将能量方程、k-ε方程作为基本方程，对诱导风机出风口法线与水平面夹角(射流俯角)分别为10°,15°,20°的三种工况(工况1～工况3)进行了三维稳态流动的模拟计算。

2 模拟结果及分析

2.1 模拟结果

在模型中取距离地面高度为1 m,1.5 m的水平面为观察面A1,A2，通过射流诱导风机中心的竖直纵向剖面和通过无射流诱导风机的通道的竖直纵向剖面分别为观察面B1和B2，如图3所示。根据模拟结果得到三种工况下A1,A2,B1,B2四个观察面的速度分布图，如图4～图6所示。

2.2 模拟结果分析

射流诱导风机俯角分别为10°,15°,20°时的三种工况下A1,A2,B1,B2平面上的平均风速如表1所示。

表1 各观察面上平均风速 m/s

通过图4～图6，表1可以看出，采用射流诱导风机可以实现检修库内空气的良好流通，库内气流组织为从进风端到出风端的不均匀单向流，室外新风可以源源不断地输送进库内各通道，射流诱导风机安装高度以下区域由于射流诱导风机的推射诱导作用，空气流通较好，下部人员活动区有良好的空气流通，人员活动区平均风速在0.5 m～2.0 m范围，可以改善人体的热舒适感。工况1俯角较小，射流主要沿水平方向，射流尾部受下一阶射流诱导风机影响而向上浮，射流诱导风机间距的中部位置出现循环涡流，形成空气循环的盲区，空气流动速度较小。工况3俯角较大，可以看出射流空气到达地面位置的反弹流动，空气射流传递不到下一阶射流诱导风机，射流诱导风机下方位置的空气流速较小，人员活动区风速在射流到达地面附近区域的平均风速较高，射流末端平均风速较小，虽然平均速度较大，但人员活动区风速分布不均匀，局部风速偏高，会有激起地面灰尘的情况。工况2俯角介于工况1和工况3之间，各阶射流诱导风机可以形成很好的射流传递，空气动量传导效果好，射流诱导风机安装高度以下无循环盲区，人员活动区空气流速分布均匀，且速度大小合适，为效果最优工况。

从B2观察面的速度云图可以看出，未设置射流诱导风机的通道内也形成了分阶段的空气循环流动，这是由于列车底部为架空区域，射流诱导风机的射流到达地面后，在自身动能作用下，由列车底部穿入相邻通道，然后由一阶诱导风机在高处形成的负压吸引下，形成从下至上的逐级流动，该通道人员活动区风速较小，平均风速在0.25 m/s～0.8 m/s,射流诱导风机的俯角越大，相邻通道内的风速越高，对相邻通道的空气流动越有利，只是对射流诱导风机所在通道的空气动能传递造成一定的损失。

3 结论

本文用Fluent数值模拟对该流场诱导射流风机的三种应用工况下的通风效果进行了对比分析，得出如下结论：

1)采用射流诱导风机的技术方法可以实现检修库内空气的良好流通，可以促使库内空气形成从进风端到出风端的单向流动，室外新风可以源源不断地输送进库内各通道，保证库内中下部区域的新风换气，下部人员活动区有良好的空气流通，人员活动区平均风速在0.5 m～2.0 m范围，可以改善人体的热舒适感。

2)在本工程案例中，射流诱导风机的出风口俯角取15°合适，当然如果射流诱导风机的安装高度和设置间距与本案例不同，需另行模拟计算。

3)未设置射流诱导风机的通道，在相邻通道内射流诱导风机的作用下，也可形成分阶段的空气循环流动，空气循环流动速度略低一些，可见在工程应用中如投资受限，射流诱导风机可间隔一个通道设置。