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随着国家经济的快速发展和城市人口的增长,城市交通日益拥挤,地铁逐渐成为各大城市的主要交通方式之一。据预测,在未来的二、三十年将是我国城市地铁交通发展的高峰期。地铁运营过程中会产生大量的热,这些热如不及时有效的排除,会造成热环境恶化。地铁工程投资巨大,热环境控制系统是其重要组成部分之一。而设置空调系统需要庞大的设备和机房,运行时又会耗费大量的电能,因此从降低地铁造价、节省能源的前提出发,应充分发挥地铁围岩的温度调节作用,减少热环境控制系统。但目前对地铁围岩传热尚无可靠的传热量计算方法。基于以上研究目的,本课题旨在对地铁围岩传热特性与计算方法进行深入分析。
论文根据围岩传热的基本概念,在对比分析目前传热量大小的主要计算方法的基础上,将地铁围岩传热概化为恒温边界空心圆柱体传热模型,提出了围岩瞬态传热量的理论计算方法。通过模型试验、理论计算和数值模拟综合分析了围护结构和围岩综合导热作用下的围岩传热特性。结合地铁传热特点,提出了简便适用的地铁设计中围岩传热量计算公式。论文在细致分析地铁系统的产热环境和传热环境的基础上,进一步研究地铁围岩的传热特点,并认为围岩传热是地铁传热环境的重要组成部分之一,对地铁的经济运行有着重要的影响。同时,通过传热理论和数值模拟综合分析影响地铁围岩传热的主控因素。并结合地铁热环境特点和围岩传热特性,为增强地铁围岩传热能力,降低地铁热负荷,提出基于提高围岩传热能力的工程对策。最后,在研究地铁围岩传热规律中,根据数值传热学的基础理论,利用通用有限元模拟计算软件ANSYS,结合某一典型地铁工程实例,建立符合实际工况的计算模型,模拟了地铁在最不利气候条件下的围岩传热过程,分析此地铁的围岩热环境演化规律,确定围岩传热量。
地铁围岩传热的研究对地铁环境控制的优化,合理组织通风及空调运行模式,有效控制地铁内温度环境都具有重要意义,并由此可产生直接的经济效益。