城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析通用范本

第42卷第8期　2008年8月上海交通大学学报J OU RNAL OF SHAN GHA I J IAO TON G UNIV ERSIT YVol.42No.8　Aug.2008　收稿日期:2007212206基金项目:北京市“供热、供燃气、通风及空调工程”重点实验室资助项目(KF200611)作者简介:任明亮(19812),男,山西大同人,硕士生,主要研究方向为地铁热环境.陈　超(联系人),女,教授,博士生导师,电话(Tel.):010*********;E 2mail :chenchao @. 文章编号:100622467(2008)0821376205地铁活塞风的分析计算与有效利用任明亮,　陈　超,　郭　强,　杨英霞,　康国青,　罗海亮(北京工业大学建筑工程学院,北京100022)摘　要:为了对地铁活塞风有一个比较全面和深入的认识与了解,对活塞风的形成机制及其作用于地铁隧道内的空气流动特性和影响规律进行了分析.以北京正在运营中的某地铁为研究对象,比较了SES 与CFD 商业计算软件P HO EN ICS (3.6.1)的计算结果,两者计算结果具有较好的一致性;将SES 软件计算结果与现场实测结果进行了比较,结果同样具有较好的一致性.进一步将研究结果应用于正在设计中的北京某地铁通风空调工程设计,提出通过在地铁区间隧道内合理设置活塞风井,有效利用活塞风以减少空调能耗的设计方案.关键词:地铁;活塞风;数值模拟;现场测试;优化中图分类号:U 231.5 文献标识码:ANumerical Analysis and E ffectively Using of Piston 2effect in SubwayR EN M i n g 2li ang ,　C H EN Chao ,　GUO Qi ang ,　YA N G Yi ng 2x i a ,　KA N G Guo 2qi ng ,　L UO H ai 2li ang(College of Architect ure and Civil Engineering ,Beijing U niversity of Technology ,Beijing 100022,China )Abstract :This paper analyzed t he formation of piston 2effect and t he air flow characteristics in subway.Taking an operating subway in Beijing as a st udy object ,t he calculation result s of SES and t he commercial CFD software P HO EN ICS (3.6.1)were compared which shows well accordance.At t he same time t he SES result s and t he field measurement result s were compared which shows well accordance too.Then t he result of st udy was applied to a subway HVAC design in Beijing.A draft plan of t he const ruction of ventilation shaft t hat can use t he piston 2effect effectively to reduce t he HVAC energy consumption was p ut forward.Key words :subway ;piston wind ;numerical simulation ;filed measurement ;optimization 地铁列车在进站或驶离车站过程中所产生的活塞效应及其活塞风,将对地铁隧道热环境有很大的影响.据分析,列车运行过程中产生的热负荷占整个系统空调负荷的90%,而此热负荷大部分产生于区间隧道内.由于在隧道内的活塞效应产生的活塞风运动,导致了这部分热负荷在整个地铁系统内的快速转移,进而严重影响地铁车站的热湿环境.因此,如何科学合理地计算并评估地铁活塞风的影响,有效控制并利用地铁活塞风是非常重要的.关于地铁活塞风计算方法,目前采用较多的是美国交通部开发的一维地铁环境模拟软件SES (Subway Environment Simulation )软件,如,芝加哥、波斯顿、中国香港、广州等几十个城市的地铁通风设计都采用了SES 模拟软件;另外,一些其他的商业计算流体软件,如,Kim 等[1]使用CFX4对地铁列车在隧道内加减速运动中引起的活塞风进行了分析;Ke 等[2]使用P HO EN ICS 分析了活塞风引起的压力变化对地铁屏蔽门的影响.本研究拟从活塞风的形成机制、活塞效应作用于地铁隧道内空气流动特性进行分析,并结合SES 软件以及由英国CHAM 公司开发的三维计算流体分析软件P HO EN ICS (3.6.1),以北京地铁实际工程为研究案例,进一步认识活塞风对地铁系统空气流动特性的影响规律.1　活塞风及其计算1.1　活塞风的形成地铁列车在区间隧道行驶时,由于隧道边壁限制了空气的流动,列车前部空气受挤压而使压力升高;被排挤的空气一部分以压缩波的形式沿隧道向前流动,另一部分空气则通过列车与隧道之间的环状空间向列车后方流动;环状空间的长度越长,在环状空间中的流动气流阻力越大,同时列车前端的空气压力越高,列车尾部空气负压也将达到最大值.此时,填补地铁列车尾部移动后形成空间的一部分空气来自环状空间,另一部分空气则来自地铁列车驶离的车站(见图1),该部分空气即为“活塞风”,这种现象也被称为“活塞效应”[3].图1　地铁列车在区间隧道内运行过程中的压力分布Fig.1　Pressure distribution in tunnel when train running1.2　活塞风的计算1.2.1　一维定常流动计算方法　根据活塞风的形成机制及其形成过程,并考虑到地铁区间隧道是一个长宽比很大的细长空间,其长度L 远大于其水力直径,本研究考虑将地铁区间隧道内活塞风的运动简化为一维流动,并依据一维地铁环境模拟软件SES 对地铁区间隧道内活塞风流动特性进行模拟分析(本计算主要参考SES 软件的使用手册———SUBWA Y ENV IRONM EN TAL DESIGN HAND 2BOO K Volume Ⅰ,1997).分析图1中地铁列车在区间隧道内的运行过程及其压力变化特点,由地铁列车牵引引起的列车头部(f ront )与尾部(back )的压差Δp 以及区间隧道内沿长度方向的压力分布如图1所示,故建立隧道内一维定常伯努力方程,可得列车前部(f ront )与后部(back )的静压差:Δp =p f -p b =ρ2u 2h CΔp o +f D (L -l )+C Δp i (1)式中:D 为隧道水力直径;L 为区间隧道长度;l 为地铁列车长度;u h 为活塞风速;f 为区间隧道壁面阻力系数;C Δp o 与C Δp i 分别为区间隧道出、入口的局部阻力系数,它们可通过实验的方法得知.考虑到式(1)中的Δp 同时也与地铁列车运行速度u 、牵引系数C D 、地铁列车长度l 、地铁列车水力直径d 、堵塞比σ、以及地铁列车壁面粗糙度f t 等参数有关,可建立Δp 与上述影响因素的关系式:Δp =ρ2u 2σC D +f t |σ-β|(σ-β)(1-σ)21d σ(2)式中:β为活塞风速与地铁列车速度之比,β=u h /u.对式(2)作移项处理,可建立地铁列车牵引系数C D 与活塞风u h 的关系:　C D =Δp ρ2u 2σ-f t|σ-β|(σ-β)(1-σ)21d σ(3) 对式(1)做移项处理,可得u h =2ΔpC Δp o +f D(L -l )+C Δp i ρ显然,当区间隧道长度L →∞时,区间隧道内活塞风速u h →0;又因β=u hu,则可视β=0.此时,式(3)中的牵引系数C D ∞仅与隧道堵塞比σ、地铁列车几何参数(主要是l/d )、地铁列车壁面粗糙度f t 等参数相关.根据现场实测结果,可近似认为C D 与C D ∞有如下关系:C D ≈Δpρ2u 2σ=C D ∞(1-β)2(4) 将式(3)代入式(4),即可求得活塞的风速u h .式(4)中L →∞时的地铁列车牵引系数C D ∞可由SES 软件的使用手册查得.1.2.2　三维非定常流动计算方法(1)数学物理模型.考虑到地铁隧道内活塞风的运动是一种非常复杂的非定常、不等熵湍流运动[4],为了比较并确认一维定常流动计算方法的可行性,本节考虑采用三维非定常流动计算方法进行比较分析.建立地铁系统内空气流动控制方程,即连7731　第8期任明亮,等:地铁活塞风的分析计算与有效利用 续性方程、能量方程、动量方程分别为:5ρ5t+div (ρv )=0(5)5(ρT )5t+div (ρv T )=div λc p -grad T +S T (6)5(ρ<)5t+div (ρv <)=div (ηgrad <)+S <(7)式中:ρ为密度;t 为时间;v 为速度矢量;T 为空气温度;λ为导热系数;c p 为定压比热;<为速度变量,代表3个坐标方向上的分速度;η为动力黏度;S T 、S <为广义源项.图3　北京正在运营中的某地铁线SES 计算节点图Fig.3　Schematic of a working subway system 考虑到地铁隧道内空气流动的速度较小,为亚音速流动,其马赫数M a <1,而且当气流速度小于68m/s 时,其密度变化为1%,密度的变化很小[5],因此,可将地铁系统内空气流动视为不可压缩流动.考虑地铁系统内空气流动状态为不可压缩非稳态湍流,可采用湍流输运模型中的k 2ε二方程模式对地铁车站和区间隧道的空气流动状态进行三维湍流模拟[6].湍流黏性系数ηt 的方程、湍流动能耗散率的控制方程、湍流动能的控制方程分别为: ηt =ρC μk 2ε(8)ρ5ε5t +ρu k 5ε5x k =55x kη+ηt σε5ε5x k + c 1εk ηt 5u i 5x j 5u i5x j +5u j 5x i -c 2ρε2k(9) ρ5k t +ρu j 5k 5x j =55x j η+ηt σk 5k 5x j + ηi5u i 5x j 5u i 5x j +5u j 5x i-ρε(10)式中:c 1、c 2、Cμ均为经验系数;k 为湍流动能;ε为湍流动能耗散率;σk 、σε为常数. (2)初始条件与边界条件.初始条件:初始各方向风速均为零,忽略了重力对流场的影响.边界条件:地铁区间隧道两端的气流出口取压力出口边界条件,定义出口相对于大气压力为0Pa ,即没有附加的压力作用;区间隧道壁面为壁面无滑移边界条件;地铁列车为移动边界条件.2　计算结果验证取北京某地铁线中的车站A 和B 以及它们之间的区间隧道作为计算对象进行分析(见图2),考察地铁列车沿上行线方向从驶离车站B 向前方车站A 运动过程中,所产生活塞风对隧道内气流流动特性的影响.车站A 、B 均为双层岛式车站;其间区间隧道长1290m ,上、下行线的隧道断面尺寸均为4.25m (宽)×5m (高);车站设置机械风井;车站两端设置迂回风道用以降低区间活塞风对站台的影响;地铁列车单辆车厢几何尺寸为3m (宽)×3.5m (高)×20m (长),6辆编组,长120m.地铁列车从驶离车站B 经过区间隧道抵达前方车站A ,区间运行距离约1290m 、运行时间96s.图2　计算地铁系统大样图Fig.2　Calculation part of subway system2.1　计算条件2.1.1　SES 计算条件　图3所示为对应于图2中车站A 与车站B 的SES 计算节点图,节点设置按143m 的间距考虑.该节点图相对实际工程构造形式作了适当简化处理,即沿节点7和节点24向前方或后方的车站及区间延伸按通大气处理,地铁列车运行规律按设计工况考虑.2.1.2　P HO EN ICS 计算条件　应用P HO EN ICS 软件计算时,将空间坐标系建立在隧道壁面上,隧道横断面以及环状空间采用结构化网格见图4,隧道横断面(YO Z )的网格数为90,环状空间横断面(YO Z )的网格数为54,网格总数为160200.8731上　海　交　通　大　学　学　报第42卷　(a )隧道横断面网格划分　(b )环状空间横断面网格划分(深色部分为地铁列车)图4　网格划分Fig.4　Grid distribution 地铁列车相对壁面运动,地铁列车行驶速度随时间变化规律同SES 计算条件.为简化计算,物理建模仅考虑图2中上行线的地铁区间,与该区间相连的车站A 和B 均按直接通大气考虑.2.2　计算结果与实测结果图5所示为SES 软件与P HO EN ICS (3.6.1)的计算结果,可见两者计算结果具有较好的一致性.计算结果表明:区间隧道内活塞风速的变化受到地铁列车行驶速度的影响.随着地铁列车驶离车站A 并逐渐加速的过程,区间隧道内的活塞风速也随之不断增大;当地铁列车速度达到最大值19.1m/s 时,活塞风速几乎也在同一时刻达到最大值约为7.6m/s ;之后,随着地铁列车的减速行驶,活塞风速也逐渐下降,但活塞风速的下降速率小于地铁列车;即使地铁列车到达前方车站B 停止,活塞风速的影响仍将继续延续一段时间.图5　活塞风计算结果比较Fig.5　Compareison of simulation result 图6所示为地铁列车在区间隧道内运行30s 时,地铁列车周围空气流动矢量图.由图可见,地铁列车车头附近的空气由于受到地铁列车挤压,一部分向隧道出口流动,另一部分则沿地铁列车与隧道形成的环状空间向车尾的方向流动;而在车尾,来自环状空间的空气与隧道入口的空气汇合填补地铁列车移动后形成的空间,活塞效应明显.(a )列车车头附近(b )列车车尾附近图6　地铁列车附近空气流动矢量图Fig.6　Air flow nearby the train SES 计算过程和结果与实测结果比较如下:(1)测试时间及测点布置.为了验证计算结果的可靠性,笔者于2007年10月12:00～14:00对计算车站的空气流动特性进行了现场实测(见图7).(a )平面图(b )剖面图图7　测点布置示意图Fig.7　Schematic of monitoring points (2)测试仪器.测试仪器采用德图热敏风速仪testo425,量程范围0～+20m/s ;精度±0.03m/s ,±5%测量值;分辨率0.01m/s.(3)测试方法.根据以往的研究成果[7],考虑到地铁列车活塞风速>2m/s ,此时雷诺数Re >6.4×105,空气处于湍流状态,整个空气通道断面上风速都比较均匀.因此,本研究取测点1～4的风速作为对应断面的平均风速.地铁列车运行速度变化规律随车测试,以从B 车站出发时间为0时刻、停于A 车站为终止时刻读取,数据记录间隔为5s.(4)结果比较.比较图7中测点1的实测结果.由图8可见,SES 的计算值与实测值具有较好的一致性.与图5不同的是,在本计算模型中加入了图7(a )中的迂回风道,当地铁列车通过迂回风道的瞬间,测点1的风速达到最大值(7.5m/s ),较地铁列车最大速度出现时间约有滞后,其他变化规律同图5.9731　第8期任明亮,等:地铁活塞风的分析计算与有效利用 图8　计算与实测结果比较Fig.8　Comparison of simulation and filed measurement3　活塞风的有效利用与控制本研究以正在设计中的北京某地铁工程实例为研究对象,提出通过在地铁区间隧道内靠近地铁列车驶出一侧增设活塞风井的方式,有效利用与控制活塞风对前方车站热环境影响的设计方案.图9所示为该地铁线SES 计算节点图,在车站A 与车站B之间上/下行线且靠近车站A/B 侧设置一活塞风井(图9中节点14～401、节点117～402).图9　北京正在设计中的某地铁线SES 计算节点图(设活塞风井)Fig.9　Schematic diagram (ventilation shaft placed ) 图10所示为下行线车站A 到车站B 且活塞风井设置在距离车站B 500m 处的计算结果.图10　SES 模拟活塞风结果(设活塞风井)Fig.10　Simulation result using SES(ventilation shaft placed ) 由图10计算结果表明:(1)当地铁列车未经过活塞风井之前,地铁列车车头前方隧道内均为正压区,隧道内大量的废热空气可通过前方的活塞风井排至大气;当地铁列车车头越过活塞风井后,地铁列车车身及其车尾处于负压区,活塞风井由向大气排风逐渐转向地铁隧道内送风,引入大量室外较低温度的空气,抵消隧道内热负荷.因此,如果在隧道内合理设置并设计活塞风井,即可有效利用活塞风将一部分地铁列车运行过程中产生的牵引废热通过活塞风井排向大气,并引入一部分冷却空气,达到控制地铁热环境的节能目的;同时也可利用活塞风井泄压,减少活塞风压力对前方车站造成的不舒适性影响.(2)据计算分析,在需要向车站内供冷的季节,没有设置活塞风井时,排入车站B 的废热风量为10035m 3;而设置活塞风井后排入车站B 的废热风量减少了1/3,为7548m 3. 因此,通过在地铁区间隧道内合理地设置活塞风井,并根据室外气象条件以及隧道内地铁列车的运营状况,科学合理地控制活塞风井风阀的开/闭,可实现不同季节活塞风的有效利用与控制.4　结　论(1)本研究以北京正在运营中的某地铁列车为研究对象,应用P HO EN ICS 软件,并以空间坐标系建立在隧道壁面上、地铁列车相对壁面运动的计算条件,对地铁隧道内活塞风的运动规律及其空气流动特性进行了分析;同时将SES 软件计算结果与P HO EN ICS 软件计算结果进行比较,二者具有较好的一致性;并将SES 软件计算结果与实测结果进行了比较,吻合性较好,说明了计算的有效性.(2)本研究以正在设计中的北京某地铁工程实例为研究对象,提出了在地铁区间隧道内且靠近地铁列车运行前方车站一侧增设活塞风井的通风设计方案.计算结果表明:如果在距离前方车站500m 处设置活塞风井,能够较不设置活塞风井时使排入前方车站的废热风量减少1/3.且通过合理控制活塞风井内风阀的开/闭,可实现不同季节有效利用活塞风控制地铁热环境,达到空调系统节能的目的.(下转第1391页)831上　海　交　通　大　学　学　报第42卷　4　结　语 考虑到ESG漂移误差模型的非线性特性,采取一种新的U KF非线性处理方法对其进行标定.与最小二乘法不同,该方法直接用伺服台测角序列对陀螺漂移进行估计,因而避免了高频噪声的产生;另外,不同于广义的Kalman滤波,该方法基于U T分解原理,在保持陀螺漂移模型的非线性基础上,使得高斯随机变量能够在非线性方程中进行传播,从而实现非线性情况下模型参数的估计.从试验过程中漂移残差的标准差来看,这种非线性标定方法能够提高ESG漂移误差模型标定的精度.因此,从介绍的工作特性来看,该方法也适用于其他陀螺伺服测试数据的处理和建模.参考文献:[1]　郭晋峰.静电陀螺仪MUM读取的相关技术研究[D].上海:上海交通大学仪器工程系,2007.[2]　Christensen W.Advanced development of ESG strap2down navigation systems[J].IEEE T rans actions on A ero2sp ace and E lectronic Systems,1996,2(2):143-157. [3]　Muhlfelder B,Lockhart J M,Gutt G M.The gravityprobe B gyroscope readout system[J].Advances in Space R esearch,2003,32(7):1397-1400.[4]　熊永明,杨五强,章燕申.伺服法陀螺测试的建模方法[J].导航,1991,9(3):29-35. XION G Y ong2ming,YAN G Wu2qiang,ZHAN G Yan2 shen.Method of gyro error modeling by using servoturntable test[J].N avigation,1991,9(3):29-35. [5]　高钟毓.静电陀螺仪技术[M].北京:清华大学出版社,2004.[6]　杨友堂.静电陀螺随机漂移模型辨识[J].宇航学报,1996,17(2):91-95. Y AN G Y ou2tang.Model identification of ESG random drift[J].Jou rnal of Astronautics,1996,17(2):91-95.[7]　Simon J,J effery U,Durrant W,et al.A new methodfor nonlinear transformation of means and covariances in filters and estimator[J].IEEE T rans on Autom atic Control,2000,45(3):477-482.[8]　Wan E A,Merwe R.The unscented Kalman filter fornonlinear estimation[C]//Proc Of IEEE Symposium (AS2SPCC).Canada:Lake Louise,2000. (上接第1380页)参考文献:[1]　K im J Y,Kim K Y.Experimental and numerical ana2lyses of train2introduced unsteady tunnel flow in sub2 way[J].Tunneling and U nderground Space T echnology,2007,22:166-172.[2]　Ke Ming2Tsun,Cheng Tsung2Che.Numerical simula2tion for optimizing the design of subway environmentcontrol system[J].Building and E nvironment,2002,37:1139-1152.[3]　金学易,陈文英.隧道通风及隧道空气动力学[M].北京:中国铁道出版社,1983:71-79.[4]　余南阳.路隧道压力波数值模拟和模型试验研究[D].成都:西南交通大学机械工程学院,2004.[5]　蔡增基,龙天渝.流体力学泵与风机[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社,2002:10.[6]　陶文铨.数值传热学[M].第2版.西安:西安交通大学出版社,2001:347-352.[7]　王树刚,江　亿.北京地铁列车活塞风的实测与分析[J].暖通空调,1998,28(5):47-49. WAN G Shu2gang,J IAN G Y i.Field test and analysis of piston action ventilation in Beijing underground rail2 way system[J].Journal of HV&AC,1998,28(5):47-49.下期发表论文摘要预报提前期与质量可控且再订购折扣的经济订购批量模型黄庆扬,　陈俊芳,　张华伟(上海交通大学安泰经济与管理学院,上海200052)摘　要:在提前期与质量水平可控且存在再订购价格折扣的情况下,研究随机需求下的经济订购批量(EOQ)问题.将订购批量、生产过程失控概率、价格折扣量和提前期作为决策变量,在提前期需求服从正态分布和分布形式未知的情况下分别建立了库存决策模型和求解算法,并与Pan和Hsiao的求解结果进行了比较.结果表明,所提出模型获得了更低的系统总成本.1931　第8期张克志,等:静电陀螺静态漂移误差模型系数的U KF标定方法 。

地铁列车活塞效应对车站排热风量的影响
吴经伟;臧建彬
【期刊名称】《制冷》
【年(卷),期】2018(037)003
【摘要】为排除列车与铁轨的部分摩擦热和列车空调冷凝热,从而保证隧道内部空气温度和隧道土壤温度维持在正常水平,在地铁车站中往往装有排热装置和活塞风井有效进行通风换气.受隧道壁的限制作用,列车运动会产生活塞效应,活塞效应引起的隧道内部空气速度场和压力场的变化对车站机械排风和自然排风影响很大.本文以某车站为研究对象,运用CFD动网格技术,模拟列车减速进站-靠站-加速离站三个连续工况,分析列车活塞效应对活塞风井通风量和车站机械排风的影响,希望对地铁隧道排热系统的设计提供理论依据.
【总页数】5页(P39-43)
【作者】吴经伟;臧建彬
【作者单位】同济大学机械与能源工程学院, 上海 201804;同济大学机械与能源工程学院, 上海 201804
【正文语种】中文
【中图分类】TU834
【相关文献】
1.活塞效应效率对地铁轨道区排热的影响 [J], 华正博
2.旅客自动输送系统列车发热的车站排热设计 [J], 胡自林;刘红元
3.车站排热风量对地铁隧道气温的影响分析 [J], 刘伟
4.疫情防控期间有效增大地铁车站新风量的预测研究 [J], 王丽慧
5.地铁列车进站过程中活塞风对站台屏蔽门的影响
——以杭州地铁为例 [J], 董梦雪;赵帅帅
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

编号：AQ-JS-05998( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析Influence law and effective application analysis of piston wind on Subway Environment城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

活塞风通过隧道和出入口引起地铁环境的变化,是地铁能耗的重要影响因素，在过渡季节和冬季充分利用活塞风是实现地铁通风系统进一步节能的有效措施。

风口屏蔽门系统可有效利用活塞风,因其兼具安全、舒适的特点，较之传统的半高安全门系统和屏蔽门系统具有许多优点，重点探讨活塞风对地铁环境的影响规律、活塞风的有效利用对地铁通风空调系统能耗的影响和带风口屏蔽门系统在北方城市的适用性。

某城市地铁概况某城市地铁里程全长26.188公里，全线共设22座车站，其中高架站有8座，地下站有13座，地面车站有1座，站间距离最小为0.784公里，最大为1.624公里，平均为1.225公里，站台有效长度均为120m，站台两端部均有站端风井，每站4条，区间隧道有双跨矩形有中柱(双线单洞)、双跨矩形有隔墙、单跨矩形、圆型盾构四种，车站两端各有两个机械风井，既有线各区间中部均有两个机械风井，列车车厢尺寸长宽高值分别为19.52m、2.8m、3.51m，动车自重37t，拖车自重27t,带司机室车定员252人，一列载额定乘客列车总质量为298.2t。

安装了平均高度为1.4m的安全门，拓宽看乘客在候车时的站立空间,适当减少活塞风对站台的影响，降低列车进出站时产生的噪声，在过渡季和冬季还可以利用活塞风满足车站新风需求。

第一章 活塞风的理论基础及风速计算1.1 活塞风的基本概念当列车在隧道中运行时，隧道中的空气被列车带动而顺着列车运行前进的方向流动，这一现象称为列车的活塞作用，所形成的气流称为活塞气流。

列车在空旷的地面上运行时，列车前面的空气可毫无阻挡地被排挤到列车的两侧和上方，然后绕流到列车的后面。

列车在隧道中运行时，由于隧道壁所构成空间的限制，列车所推挤的空气不能全部绕流到列车后方，必然有部分空气会被列车向前推动，排出到隧道出口之外；而列车尾端后方存在着负压涡旋区域，因此也必然会有相应空气经开口被引入到隧道中，由此形成活塞风。

如图2－1。

地铁活塞风的大小与列车在隧道内的阻塞比、列车的行驶速度、列车行驶时的空气阻力、空气与隧道壁面间的摩擦力等因素有关。

隧道壁隧道壁图2-1 活塞风成因示意图1.2 活塞风模型的简化由于地铁隧道中活塞风的影响因素较多且活塞风速的计算复杂，在对计算结果误差影响较小的情况下，本文的计算中对活塞风的简化如下：（1）根据流体力学的基本原理，当气流速度小于音速时，流体密度的变化很小，流体的压缩性可以忽略不计（在标准状况下，如果气流速度不超过60m/s ，则不考虑压缩性所引起的相对误差不大于1％[37]）。

地铁车辆最大行驶速度一般不超过35m/s （126公里/每小时），产生的活塞风速远小于音速，因此在本论文中，如无特殊说明，所进行分析的地铁隧道活塞风气流均认为是不可压缩流体。

（2）根据管内流动的基本性质，当流体的雷诺数Re﹤2000时，管内流动称为层流，粘性力起主要作用，空气横断面上的流速梯度明显。

而当流体的雷诺数Re﹥2000时，管内流动逐渐转化为紊流。

在靠近壁面的一个薄层内，流动仍活塞风基本达到稳定流状态,活塞风压稳定不变,与列车走行位置无关[38~39]相对而言,地铁隧道长度远大于列车长度,故在本论文中,地铁隧道活塞风可按恒定流计算。

（4）为简化计算模型,本文按一个区间内仅有一列车行驶考虑,且只考虑计算区段前后各两座活塞风井的作用,忽略相邻其他(前端及后端) 区段及列车的影响。

地铁出入口活塞风有效通风量分析在城市建设中，地铁是现代城市交通中不可或缺的一部分，它不仅能够减少城市交通拥堵，提高城市运行效率，还能便捷市民出行。

然而，在日渐严重的空气污染下，地铁站内的通风工作变得尤为重要。

本文将以地铁出入口活塞风有效通风量为研究对象，探讨其特点及其对地铁通风的影响。

一、地铁出入口活塞风的特点地铁出入口活塞风是指地铁行车过程中，由车厢运动而产生的一种气流，它在地铁的进站口及出站口中的作用较为显著。

活塞风的产生主要是由于车厢在隧道中移动时，挤压了前方气流，形成气压较高区域。

当车厢经过出入口时，压缩气体会形成压缩波，从而形成活塞风，这可使地铁站内湿度、温度、污染物等指标发生变化。

二、地铁出入口活塞风对通风的影响1. 活塞风对地铁站内环境的影响活塞风的产生会对地铁站内的环境产生影响，主要体现在以下几个方面：（1）影响人员出入。

由于活塞风已成为一种重要的地铁安全因素，因此，在地铁站的进出站口处设置了大量的风口和通风设备，也可在一定程度上调整活塞风的作用，以确保地铁站内的空气流通。

（2）影响空气质量。

活塞风会使地铁站内的空气流动加速，从而使空气中的有害物质扩散更加迅速，影响空气质量。

（3）影响舒适度。

由于活塞风会扰动站内空气，使得空气温度、湿度等指标波动，进而影响人员的舒适度。

2. 活塞风对地铁通风的作用活塞风对地铁通风的作用主要表现在以下几个方面：（1）通过活塞风能够加速地铁站内空气的流动，增加通风效果。

（2）对通风设备的配置有一定的要求。

在地铁站的进出站口处配置通风设备，能够形成气流，减小活塞风对地铁通风的影响。

（3）需要加强通风管理。

由于活塞风对地铁站内空气产生影响，因此在地铁站的通风管理上需要加强，在通风时应考虑到活塞风的影响，合理调整通风设备及其运行方式，确保空气质量的合格。

三、地铁出入口活塞风有效通风量的分析为了研究活塞风对地铁通风的作用，我们有必要对地铁出入口活塞风有效通风量进行分析，有效通风量作为地铁通风设计中的重要指标，它对于保障地铁站内空气质量有着重要的意义。

北京地铁列车活塞风的实则与分析FieldtestandanalysisfpistnatinventilatininBEijingundergrundrailaysyste 提要为了研究列车活塞风对地铁热环境的影响，达到有效地利用和控制活塞风，改善地铁热环境状况的目的，对北京地铁列车从起动、加速、等速、减速到停止等各种运行情况进行了实则，总结出地铁隧道内列车活塞风和车站行人出入口处风速的变化规律。

关键词地铁/风速自记仪/红外时间自记仪/列车活塞风AbstratInrdertlearnthrughstudytheinfluenefpistn-atin-induedventilatinntheundergrundtheralenvirnentsastntrlitandiprvetheenvirnent alquality,afieldtestinBeijingundergrundrailaysysteisndutedhenatrainstart,ae lerate,veinnstantspeed,deelerateandhalt.Suarizestheregularityfvariatinsfpis tn-atin-induedventilatininthetunnelandvariatinsfvelityinstatinrridrs.Keyrdsundergru ndrailay,rerdinganeeter,infraredtier,pistn-atin-induedventilatin 1引言北京地铁客流量增加较快，列车密度也随之加大。

列车活塞作用造成的活塞风对地铁热环境的影响愈来愈大。

恰当地利用和控制活塞风，对维持适宜的地铁热环境有很大作用。

国外在这方面的研究大多限于单行隧道内的列车活塞风状况。

对双行隧道且中间隔墙带有卸压孔的列车活塞风的实则研究很少。

对地铁双行隧道内列车活塞内有的进行了实验研究[1]，有的进行了模型试验和模拟计算[2]。

第3卷　第1期 地下空间与工程学报Vol.3 2007年2月 Chinese Journal of Undergr ound Space and Engineering Feb.2007　 文章编号:167320836(2007)022*******地铁活塞风对车站环控速度场的影响3王丽慧,吴喜平(同济大学暖通空调燃气研究所,上海　200092)摘　要:通过地铁实测数据分析,研究列车进站、列车出站和交会车况下活塞风对地铁车站各单元,即站台层、站厅层、楼梯和出入口速度场的影响,分析得到站台层和站厅层两端速度场受活塞风影响较大;比较站台层、站厅层、楼梯和出入口各单元速度增加倍数大小,得到在活塞风作用下,受楼梯走向和楼梯位置影响,站台层、站厅层和楼梯速度场相互影响,并且楼梯速度场和出入口速度场变化较明显。

关键词:活塞风;站台层;站厅层;楼梯;出入口;速度场 中图分类号:U231+.1文献标识码:AThe Affect on the Subway Syste m from the P iston Acti on W i n dWANG L i2hui,W u Xi2p ing(V entilating,A ir-condition and Gas Research Institute,Tongji U niversity,Shanghai200092,China)Abstract:Thr ough the sub way test,research the affect on the vel ocity fields of the p latfor m,the undergr ound hall,the stair and the passage way fr om the p ist on acti on wind under different train conditi ons.The both ends of the p latfor m and the undergr ound hall are obvi ously afftected by the p ist on acti on paring the vel ocity increasing multi p les of the four seg ments,the vel ocity fields of the p latf or m,the undergr ound hall,the stair and the passageway inter p lay and the vel ocity fields of the stair and the passageway are influenced more obvi ously under the p ist on acti on wind affect.Keywords:the p ist on acti on wind;the p latfor m;the undergr ound hall;the stair;the passage way;the vel ocity field1　引言列车运行产生的活塞风对地铁车站环控影响较大,主要体现在进站车况,活塞风将隧道内空气带入站台,站台层处于正压,空气在正压的作用下进一步通过楼梯进入站厅层,进而通过出入口带到室外;而列车出站工况,活塞风会抽吸站台层的空气,站台层处于负压,室外空气在负压作用下进入站厅,而站厅空气经过楼梯进入站台。

地铁通风空调系统专业术语：活塞通风：当列车的正面与隧道断面面积之比（称为阻塞比）大于0.4时，由于列车在隧道中高速行驶，如同活塞作用，使列车正面的空气受压，形成正压，列车后面的空气稀薄，形成负压，由此产生空气流动。

利用这种原理通风，称之为活塞效应通风。

活塞风量的大小与列车在隧道内的阻塞比、列车行驶速度、列车行驶空气阻力系数、空气流经隧道的阻力等因素有关。

利用活塞风来冷却隧道，需要与外界有效交换空气，因此对于全部应用活塞风来冷却隧道的系统来说，应计算活塞风井的间距及风赶时井断面授尺寸，使有效换气量达到设计要求。

实验表明：当风井间距小于300m、风道的长度在25m以内、风道面积大于10㎡时，有效换气量较大。

在隧道顶上设风口效果更好。

由于设置许多活塞风井对大多数城市来说都是很难实现的，因此全“活塞通风系统”只有早期地铁应用，现今建设的地铁多设置活塞通风与机械通风的联合系统。

小里程端：大系统：车站公共区通风空调和防排烟系统。

小系统：车站设备及管理用房的通风空调和防排烟系统。

水系统：车站空调冷冻水系统。

地铁通风空调系统制式：根据城市轨道交通隧道通风换气的形式以及隧道与车站站台层的分隔关系，城市轨道交通通风空调系统一般划分为三种制式：开式系统，闭式系统，屏蔽门系统。

1、开式系统：开式系统是应用机械或“活塞效应”的方法使地铁内部与外界交换空气，利用外界空气冷却车站和隧道。

这种系统多用于当地最热月的月平均温度低于25℃且运量较少的地铁系统。

2、闭式系统：闭式系统是一种地下车站内空气与室外空气基本不相连通的方式，即城市轨道交通车站内所有与室外连通的通风井及风门均关闭，夏季车站内采用空调，仅通过风机从室外向车站提供所需空调最小新风量或空调全新风。

区间隧道则借助于列车行驶时的活塞效应将车站空调风携带入区间，由此冷却区间隧道内温度，并在车站两端部设置迂回风通道，以满足闭式运行活塞风泄压要求，线路露出地面的洞口则采用空气幕隔离，防止洞口空气热湿交换。