2.2. Определение расхода воздуха по теплоизбыткам
Расход воздуха, требуемый по условию удаления из тоннеля избыточного тепла и установления нормального температурного режима, определяется по формуле:
где Т – суммарные теплоизбытки в тоннеле, Вт, Т=436,85*104 Вт ;
а – удельная массовая теплоѐмкость воздуха, а = 1кДж/(кгК);
tT , tH – температура воздуха в тоннеле и наружная поверхность земли, tT - tH =10К;
ρТ – плотность воздуха в тоннеле при определѐнной температуре, ρТ =1,293кг/м3.
Теплоизбытки в тоннеле определяют как сумму тепловыделений с учѐтом возможных теплопотерь:
где Та – тепловыделение автомобильных двигателей, Вт;
Тосв – тепловыделение устройств искусственного освещения, Вт;
Тл – тепловыделение находящихся в тоннеле людей, Вт.
Тпор – теплоуход в окружающий тоннель грунтовый массив или теплоприток из массива в тоннель, Вт.
Тепловыделение автомобильных двигателей, Вт, определяется по формуле:
где hk, hд – низшая теплопроводная способность бензина и дизельного топлива,
hk = 44000 кДж/кг, hд= 42500 кДж/кг;
- доля тепловыделений карбюраторных и дизельных двигателей,
=0,6, =0,45.
Тепловыделение осветительных устройств и находящихся в тоннеле людей:
Теплоуход через обделку тоннеля в окружающий грунтовый массив определяют по формуле:
где П – периметр внутреннего контура тоннеля, П=31 м;
L - длинна тоннеля, L=189 м;
tT и tгр – средняя температура воздуха в тоннеле и грунта на данной глубине,
tT - tгр = 10К;
R0 – сопротивление теплопередаче обделки тоннеля, м2К/Вт.
Сопротивление теплопередаче обделки:
где αв - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности обделки, принимаемый 8,7 Вт/м2К;
αн – Коэффициент теплопередачи наружной поверхности обделки тоннеля, принимают 5,8 Вт/м2К;
RT – термическое сопротивление обделке тоннеля.
где δi – толщина отдельного слоя, м;
λi – расчѐтный коэффициент теплопроводности материала отдельного слоя, Вт/мК.
Теплоизбытки:
Общий расход воздуха в тоннеле по теплоизбыткам:
Принимаем для расчѐта максимальный расход, т.е. Qр=791,52 м3/с.
2.3. Определение давления воздуха и выбор вентиляционной установки
В тоннелях длиной от 150 до 400м искусственную вентиляцию можно не устраивать, если создаѐтся естественная тяга воздуха, обеспечивающая предельно допустимую концентрацию вредных газов и нормальный температурный режим в тоннеле.
При расчѐте искусственной вентиляции определяют давление подаваемого в тоннель воздуха, необходимое для преодоления сопротивлений, которые могут быть в тоннеле. В зависимости от принятой системы вентиляции в тоннеле возникают различные сопротивления для движения воздуха.
Рассчитаем давление воздуха, создаваемое только приточной вентиляционной установкой, предварительно определив все необходимые параметры.
Площадь приточного канала вычислим как половину площади кругового сегмента, по формуле:
Обозначения и размеры приведены на рис. 2.3
Рис. 2.3. Схема вентиляционных каналов: 1-приточный канал, 2- вытяжной канал
Периметр поперечного сечения приточного канала:
Эквивалентный диаметр воздуховодов определяют как:
Средняя скорость движения воздуха в приточном канале:
Коэффициент трения в приточном канале. Требуемая площадь сечения поперечных каналов при расстоянии между ними 4м и скорости движения воздуха в них 5 м/с:
Размеры поперечного канала: высота hпк=0,15м; ширина bпк=1,73м;
Эквивалентный диаметр поперечного канала прямоугольного сечения :
Суммарные местные сопротивления в приточном канале складываются из суммы сопротивлений на входе и выходе:
В поперечном канале, кроме того, возникают сопротивления в верхнем и нижнем отводах ( поворотах):
Коэффициент трения для поперечных каналов, облицованных стальными листами, принимают λпк=0,09.
Потери давления на трение по длине приточного канала:
где L- длина воздуховода;
Vв – средняя скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с.
Потери давления на трение в поперечных каналах:
Потери давления в местных сопротивлениях в приточном канале:
Потери давления в местных сопротивлениях в поперечных каналах:
Суммарные потери давления:
Расчѐтные значения расхода и давления воздуха принимают с учѐтом возможных потерь порядка 1,05%.
По этим значениям выбираем вентиляционную установку. Принимаем центробежные вентиляторы ВЦД-32м с производительностью 380м3/с, развивающие давление 3200 Па. В состав вентиляционной установки входит один вентилятор.
Заключение
В ходе выполнения данного курсового проекта был запроектирован продольный профиль и план трассы, места расположения порталов, варианты тоннельных обделок и конструкций и порталов, определена стоимость одного погонного метра обделок, был произведѐн расчѐт вентиляции тоннеля на период эксплуатации.