%37تخفیف

بررسی عددی و شبیه‌سازی سیستم‌های تهویه خطوط مترو

تعداد126صفحه  درword

گروه مهندسی مکانیک

کارشناسي ارشد در رشته مهندسی مکانیک
گرایش تبدیل انرژی

بررسی عددی و شبیه‌سازی سیستم‌های تهویه خطوط مترو

کلیدواژه‌ها: تهویه صنعتی، شبیه‌سازی عددی، بارهای حرارتی، خطوط مترو

چکیده:

با توجه به افزایش ترافیک و آلودگی هوا در شهرهای صنعتی، امروزه استفاده از سیستم حمل و نقل عمومی ضروری به نظر می‌رسد. خطوط مترو جزو یکی از مطمئن‌ترین و سریع‌ترین وسائط حمل و نقل عمومی محسوب می‌شوند. امروزه استفاده از این خطوط در شهرهای صنعتی به دلیل ظرفیت بالای جابجایی مسافران، ایمنی بالا و عدم انتشار گازهای آلاینده‌ رشد چشم‌گیری داشته است. یکی از مهم‌ترین بخش‌ها در سیستم حمل و نقل زیرزمینی، طراحی مناسب سیستم تهویه می‌باشد. سیستم تهویه در وضعیت نرمال می‌بایست شرایطآسایش مناسبی را برای مسافران و کارکنان خطوط مترو ایجاد کند. همچنین این سیستم می‌بایست در وضعیت اضطراری مثل آتش‌سوزی، مسیر امنی را برای فرار مسافران فراهم سازد.

در این پژوهش هدف بررسی و شبیه‌سازی سیستم تهویه خطوط مترو می‌باشد. بدین منظور بارهای حرارتی تولیدی در خطوط مترو به صورت جداگانه محاسبه شده و سیستم تهویه مناسب با بار حرارتی تولیدی انتخاب می‌شود. طراحی سیستم تهویه برای ایستگاه‌های متروی شهر تبریز و تهران صورت گرفته است. برای هر یک از ایستگاه‌های فوق طرح‌های مختلفی در نظر گرفته شده است. پس از شبیه‌سازیسه‌بعدی جریان هوا در خطوط مورد نظر، به بررسی کارایی سیستم‌های طراحی شده پرداخته شده است.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که بار حرارتی ناشی از فرآیند ترمزگیری بیشترین سهم گرمای تولیدی در خطوط مترو را دارا می‌باشد. این منبع حرارتی به ترتیب حدود 60% و 54% کل بار گرمایی خط متروی تبریز و تهران را تولید می‌کند. هم‌چنین نتایج شبیه‌سازیسه‌بعدینشان می‌دهد که استفاده از دستگاه هواشوی در سیستم تهویه خط متروی تهران الزامی می‌باشد. در غیر این صورت دمای هوا در تونل‌های مترو از حد مجاز تجاوز خواهد کرد. اما در متروی شهر تبریز با افزایش دبی ورودی شفت‌های تهویه می‌توان دستگاه هواشوی را از سیستم تهویه طراحی شده، حذف نمود.

فهرست مطالب

فهرست اشکال…………………………………. خ

فهرست جداول…………………………………. ر

فهرست علائم………………………………….. ز

  1. فصلاول: مقدمهوپیشینهپژوهش 15

1-1    مقدمه 15

1-2    سیستم‌هایتهویه‌یخطوطمترو 16

1-2-1    سیستمتهویهطبیعی 16

1-2-2    سیستمتهویهمکانیکی 17

1-2-3    سیستمتهويهاضطراري 19

1-3    اهمیتموضوعوکاربردهایآن 20

1-3-1    ضرورتاستفادهازسیستمتهویهدرخطوطمترو 20

1-3-2    ضرورتاستفادهازروش‌هایشبیه‌سازیعددی 21

1-4    هدفازانجامپژوهش 21

1-5    معرفيساختارپايان‌نامه 22

1-6    مروریبرمطالعاتپیشین 23

  1. فصلدوم: مبانیوروش‌ها 34

2-1    مقدمه 34

2-2    منابعحرارتیخطوطمترو 35

2-2-1    بارحرارتیترمزگیری 35

2-2-2    بارحرارتیشتابگیری 36

2-2-3    بارحرارتیسرعتثابت 38

2-2-4    بارحرارتیسیستمتهویهقطار 38

2-2-5    بارحرارتیتجهیزاتجانبیقطار 39

2-2-6    بارحرارتیروشنایی 39

2-2-7    بارحرارتیمسافران 40

2-2-8    بارحرارتیپله‌هایبرقی 40

2-2-9    بارحرارتیگیت‌هایبلیطفروشی 41

2-2-10  مجموعبارهایحرارتیتولیدی 41

2-3    پديدهچاهگرمايييامنبعگرمايي 41

2-3-1    بارحرارتيجذبشدهتوسطخاک 42

2-4    روش‌هایکاهشبارحرارتیاتلافیدرخطوطمترو 43

2-4-1    استفادهازواگن‌هایسبک‌تر 43

2-4-2    کاهشسرعتماکزیممقطار 44

2-4-3    استفادهازچرخطیار 45

2-4-4    استفادهازسیستمترمزگیریدینامیک 45

2-4-5    طراحیشیبمناسبریل‌هایقطار 46

2-4-6    سیستمSignaling 46

2-5    تهویهایستگاهوایجادشرایطآسایش 46

2-6    سیستمتهویه‌یمکانیکیخطوطمترو 47

2-6-1    سیستمتهویهمکشی-دمشی 47

2-6-2    سیستمتهویهشفتمیانی 48

2-7    محاسبهفشارفن‌هایتهویه 49

2-7-1    افتفشاردرمسیرمستقیم 49

2-7-2    افتفشارناشیازشیب 50

2-7-3    افتفشارناشیازشکستگی‌ها 50

2-7-4    افتفشارادواتمکانیکی 50

2-8    توانمصرفیفن‌ها 51

2-9    حلعددی 51

2-10  هندسهمسئله 51

2-11  شبکه‌بندیمدل 52

2-12  معادلاتحاکم 52

2-12-1  معادلهپیوستگی 53

2-12-2  معادلهبقایمومنتوم 53

2-12-3  معادلهبقایانرژی 54

2-12-4  مدلآشفتگیk-ε 54

2-13  گسسته‌سازیمعادلات 54

2-14  شرایطمرزی 55

2-14-1  شرطمرزیورودی 55

2-14-2  شرطمرزیخروجی 55

2-14-3  شرطمرزیتقارن 56

2-15  همگراییوپایداری 56

2-15-1  ضرايبمادونرهايي 56

2-15-2  شرطهمگرايي 57

2-16  بررسیصحتروشعددی 57

2-16-1  بررسیاستقلالحلازاندازهشبکه 57

2-16-2  اعتبارسنجیحل 58

  1. فصلسوم: نتایجوبحث 60

3-1    مقدمه 60

3-2    مشخصاتطراحی 61

3-3    خواصحرارتيخاکوديوار 63

3-4    نتایجمیزانبارحرارتیتولیدی 63

3-5    بارحرارتيجذبشدهتوسطخاک 65

3-6    نتایجطراحیسیستمتهویه (طرحاول) 66

3-7    شبیه‌سازیسه‌بعدی 67

3-7-1    هندسهمسئله 67

3-7-2    شبکه‌بندیمدل 68

3-8    نتایجشبیه‌سازیعددی (طرحاول) 71

3-8-1    بررسینحوهتوزیعدمادرایستگاه 71

3-8-2    بررسینحوهتوزیعسرعتدرایستگاه 73

3-8-3    بررسیمیدانجریاندرتونل 76

3-9    نتایجطراحیسیستمتهویه (طرحدوم) 79

3-10  نتایجشبیه‌سازیعددی (طرحدوم) 80

3-10-1  بررسینحوهتوزیعدمادرایستگاه 80

3-10-2  بررسینحوهتوزیعسرعتدرایستگاه 81

3-10-3  بررسیمیدانجریاندرتونل 82

3-11  نتایجافتفشاروتوانمصرفی 85

3-12  نتایجخطوطمترویشهرتهران 86

3-13  مشخصاتطراحی 86

3-14  نتایجمیزانبارحرارتیتولیدی 88

3-15  نتایجطراحیسیستمتهویه (طرحاول) 90

3-16  شبیه‌سازیسه‌بعدی 91

3-16-1  هندسهمسئله 91

3-16-2  شبکه‌بندیمدل 92

3-17  نتایجشبیه‌سازیعددی (طرحاول) 95

3-17-1  بررسینحوهتوزیعدمادرایستگاه 95

3-17-2  بررسینحوهتوزیعسرعتدرایستگاه 97

3-17-3  بررسیمیدانجریاندرتونل 100

3-18  نتایجطراحیسیستمتهویه (طرحدوم) 102

3-19  نتایجافتفشاروتوانمصرفی 103

  1. فصلچهارم: نتیجه‌گیریوپیشنهادات 105

  2. منابعومآخذ 107

فهرست اشکال

شکل‏1‑1:شماتیکاثرپیستونیحرکتقطار 17

شکل‏1‑2: شماتیککلیسیستمتهویه‌یمکانیکیباشفتمیانی 18

شکل‏1‑3: پدیدهسرعتبحرانیوپدیدهبرگشتدود 20

شکل‏1‑4: نماییازآزمایشحرکتپیستونیقطارتوسطکیموکیم [10] 25

شکل‏1‑5: نمودارتغییراتضریبفشاردرنقاطمختلفبرحسبزمان [10] 25

شکل‏1‑6: نمودارتغییراتبازدهشفت‌هایتهویهبرحسبموقعیتشفت‌هایتهویه [12] 27

شکل‏1‑7: نمودارشرایطآسایش [18] 30

شکل‏1‑8: نمودارشماتیکمنابعحرارتیتولیدیدرخطوطمترو [19] 30

شکل‏1‑9: نمودارتغییراتدمایایستگاهبرحسبتغییراتضریبهدایتحرارتی [20] 31

شکل‏1‑10: شماتیککلیایستگاهتیانگچین [21] 32

شکل‏1‑11: نتایجکانتورهایسرعتبرایایستگاهتیانگچین [21] 33

شکل‏2‑1: نمودارتغییراتنسبتبارحرارتیتولیدیونسبتدمایمتوسطایستگاهبرحسبجرمواگن‌هایقطار 44

شکل‏2‑2: شماتیککلیسیستمتهویهمکشی-دمشی 48

شکل‏2‑3: شماتیککلیسیستمتهویهشفتمیانی 48

شکل‏2‑4: بررسیاستقلالحلازنوعشبکه‌بندی 58

شکل‏2‑5: اعتبارسنجیروشعددی 59

شکل‏3‑1: درصدگرمایتولیدیازهریکازمنابعحرارتی 65

شکل‏3‑2: سیستمتهویهمکانیکیباشفتمیانی 66

شکل‏3‑3: هندسهایستگاهوتونل‌هایمتصلبهآن 68

شکل‏3‑4: نحوهشبکه‌بندیمدل- محلاتصالراه‌پله‌هابهسکو 69

شکل‏3‑5: نحوهشبکه‌بندیمدل- محلاتصالراه‌پله‌هابهمحلبلیطفروشی 70

شکل‏3‑6: نحوهشبکه‌بندیمدل- محلاتصالشفت‌هایتهویهبهتونل 70

شکل‏3‑7: کانتورهایدمادرارتفاع 7/1 متریسکوهایایستگاه-طرحاول 72

شکل‏3‑8: کانتورهایدمادربخش‌هایمختلفایستگاه-طرحاول 72

شکل‏3‑9: نمودارتغییراتدمادرطولایستگاه (خطسبزنشان‌دهندهحدمجازدما) -طرحاول 73

شکل‏3‑10: کانتورهایسرعتدرارتفاع 7/1 متریسکوهایایستگاه-طرحاول 74

شکل‏3‑11: کانتورهایسرعتدربخش‌هایمختلفایستگاه-طرحاول 75

شکل‏3‑12: نمودارتغییراتسرعتدرطولایستگاه (خطسبزنشان‌دهندهحدمجازسرعت)-طرحاول 76

شکل‏3‑13: کانتورهایدمادرطولتونل-طرحاول 77

شکل‏3‑14: کانتورهایسرعتدرطولتونل-طرحاول 78

شکل‏3‑15: نمودارتغییراتسرعتودمادرطولتونل-طرحاول 78

شکل‏3‑16: کانتورهایدمادربخش‌هایمختلفایستگاه-طرحدوم 81

شکل‏3‑17: کانتورهایسرعتدربخش‌هایمختلفایستگاه-طرحدوم 82

شکل‏3‑18: کانتورهایدمادرطولتونل-طرحدوم 83

شکل‏3‑19: کانتورهایسرعتدرطولتونل-طرحدوم 84

شکل‏3‑20: نمودارتغییراتسرعتودمادرطولتونل- مقایسهنتایجطرحاولوطرحدوم 84

شکل‏3‑21: درصدگرمایتولیدیازهریکازمنابعحرارتی 90

شکل‏3‑22: هندسهایستگاهوتونل‌هایمتصلبهآن 92

شکل‏3‑23: نحوهشبکه‌بندیمدل- محلاتصالراه‌پله‌هابهسکو 93

شکل‏3‑24: نحوهشبکه‌بندیمدل- محلاتصالراه‌پله‌هابهمحلبلیطفروشی 94

شکل‏3‑25: نحوهشبکه‌بندیمدل- محلاتصالشفت‌هایتهویهبهتونل 94

شکل‏3‑26: کانتورهایدمادرارتفاع 7/1 متریسکوهایایستگاه-طرحاول 96

شکل‏3‑27: کانتورهایدمادربخش‌هایمختلفایستگاه-طرحاول 96

شکل‏3‑28: نمودارتغییراتدمادرطولایستگاه (خطسبزنشان‌دهندهحدمجازدما) -طرحاول 97

شکل‏3‑29: کانتورهایسرعتدرارتفاع 7/1 متریسکوهایایستگاه-طرحاول 98

شکل‏3‑30: کانتورهایسرعتدربخش‌هایمختلفایستگاه-طرحاول 99

شکل‏3‑31: نمودارتغییراتسرعتدرطولایستگاه (خطسبزنشان‌دهندهحدمجازسرعت)-طرحاول 100

شکل‏3‑32: کانتورهایدمادرطولتونل-طرحاول 101

شکل‏3‑33: کانتورهایسرعتدرطولتونل-طرحاول 101

شکل‏3‑34: نمودارتغییراتسرعتودمادرطولتونل-طرحاول 102

فهرست جداول

جدول‏2‑1: نوعشبکه‌بندیهندسهایستگاه‌هاوتونل‌ها 57

جدول‏3‑1:شرایططراحیایستگاهوشرایطمحیطیشهرتبریز 61

جدول‏3‑2: مشخصاتفنیخطمترویتبریز 62

جدول‏3‑3: خواصحرارتيخاکوديوار 63

جدول‏3‑4: نتایجمیزانگرمایتولیدیدرخطمترویتبریز 64

جدول‏3‑5: نتایجمیزانبارحرارتيجذبشدهتوسطخاک 65

جدول‏3‑6: دبیهوایعبوریازکانال‌هایتهویه- طرحاول 67

جدول‏3‑7: دبیهوایعبوریازکانال‌هایتهویه- طرحدوم 79

جدول‏3‑8: توانمصرفیفن‌هایتهویه- طرحاول 85

جدول‏3‑9: توانمصرفیفن‌هایتهویه- طرحدوم 85

جدول‏3‑10:شرایططراحیایستگاهوشرایطمحیطیشهرتهران 87

جدول‏3‑11: مشخصاتفنیخطمترویتهران 88

جدول‏3‑12: نتایجمیزانگرمایتولیدیدرخطمترویتهران 89

جدول‏3‑13: دبیهوایعبوریازکانال‌هایتهویه- طرحاول 91

جدول‏3‑14: دبیهوایعبوریازکانال‌هایتهویه- طرحدوم 103

جدول‏3‑15: توانمصرفیفن‌هایتهویه- طرحاول 104

 

فهرست اختصارات

انرژی حرارتی تولیدی در فرآیند ترمزگیری

ماکزیمم انرژی جنبشی قطار

وزن معادل هر واگن

تعداد واگن‌های قطار

تعداد قطارهای عبوری در ساعت

ماکزیمم سرعت قطار

نیروی درگ

بار حرارتی ناشی از مقاومت آیرودینامیکی قطار

سطح مقطع جلویی قطار

چگالی هوا

ضریب درگ

سرعت متوسط حرکت قطار

مسافت شتاب‌گیری

وزن خالی هر واگن قطار

نیروی ناشی از مقاومت مکانیکی

بار حرارتی ناشی از مقاومت مکانیکی

انرژی جنبشی راه‌اندازی

بار حرارتی راه‌اندازی

USR

سرعت راه‌اندازی

qm

بار تلفات موتور الکتریکی

ε

بازده موتور الکتریکی

q3R

بار حرارتی ریل سوم

R

مقاومت الکتریکی ریل

ta

زمان شتاب‌گیری

Vo

ولتاژ ریل سوم

qA

مجموع گرمای تولیدی در فرآیند شتاب‌گیری

dc

مسافت فرآیند سرعت ثابت

tc

زمان فرآیند سرعت ثابت

qAC

بار حرارتی سیستم تهویه

T

توان برودتی سیستم تهویه واگن

tt

مدت زمان عبور قطار از ترمینال‌های تونل

qAX

بار حرارتی تولیدی ناشی از تجهیزات جانبی قطار

WAX

توان تجهیزات جانبی قطار

f

درصد کار تجهیزات جانبی قطار

qTL

بار حرارتی تولیدی در تونل

WL

توان روشنایی لامپ‌ها

L

طول تونل

qSL

بار حرارتی تولیدی در ایستگاه

WSL

توان روشنایی لامپ‌ها در ایستگاه

AS

مساحت سکوها

Acorr

مساحت راهروها

qPS

بار حرارتی ناشی از حضور افراد

nP

متوسط تعداد مسافران منتظر در ایستگاه

tP

متوسط زمان انتظار مسافران در ایستگاه

qE

بار حرارتی پله‌های برقی

WE

توان پله‌های برقی

nE

تعداد پله‌های برقی در ایستگاه

η

عملکرد پله‌های برقی

qG

بار حرارتی گیت‌های بلیط فروشی

WG

توان مصرفی گیت‌های بلیط فروشی

nG

تعداد گیت‌های بلیط فروشی

qTotal

بار حرارتی کل

qC

بار حرارتی ناشی از فرآیند سرعت ثابت

Q

دبی حجمی هوای تازه

AF

ضریب تصحیح چگالی

ΔT

اختلاف دما

Tdb,inside

دمای طراحی شده برای ایستگاه

Tdamper

دمای هوا بعد از خروج از هواشوی‌ها

η

بازده دستگاه هواشوی

Tdb,out

دمای خشک محیط بیرون

Twb,out

دمای مرطوب محیط بیرون

f

ضریب اصطکاک دارسی-وایسباخ

ΔPTunnel

افت فشار ایجاد شده در تونل مستقیم

Dh

قطر هیدرولیک تونل

V

سرعت جریان هوا

K

ضریب افت فشار ناحیه‌ای

میدان سرعت

سرعت در جهت

فشار استاتيکي

لزجت جريان

T

دمای جریان

K

ضریب انتقال حرارت هدایتی

لزجت گردابه

انرژي جنبشي آشفتگی

نرخ اتلاف

Q

دبی حجمی

P

فشار پشت فن‌ها

Power

توان مورد نیاز فن‌ها

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “بررسی عددی و شبیه‌سازی سیستم‌های تهویه خطوط مترو”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo