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专利名称：用液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及室内气流组织热环境研究领域，具体涉及用液体模拟地铁热环境中两股气流，即站台送风射流(稳态气流)和由于列车在区间隧道内运行产生的活塞风 (间歇性受迫非稳态气流)，在站台等温耦合的实验装置。
背景技术：
地铁作为一种重要的交通工具，以其快速、安全、便利和无污染等优点在国内外大中城市广泛应用。而因区间内运行列车前后压差而导致的活塞风与车站通风系统送风气流在车站相耦合是地铁热环境气流组织的典型特征，其广泛存在于站台层、站厅层和中转区域等。这两股气流耦合的基本规律及其优化与地铁热环境的舒适性和系统能耗紧密相关， 而在现有相关研究中未见报道，因此站台活塞风与送风射流耦合作用规律的研究具有重要意义且亟待解决。目前地铁热环境研究方法主要有现场实测，数值模拟和少量气体缩尺模型实验。 现场实测受到测试时段车况、车站乘客等现场因素制约，较难分析物理现象的变化规律；数值模拟受限于物理模型的建立和边界条件的设定，其研究结果的可信性需经其他研究手段的验证；搭建包括区间隧道、站台和站厅在内的地铁气体缩尺模型试验台较为复杂，且气流在小尺寸下的变化规律与原型尺寸的差异较大。此外由于空气粘滞系数比水小一个数量级，因此气体缩尺实验装置的几何尺寸较大，占用较多空间。因此研究出一种能以液体代替气体获得活塞风与站台送风射流耦合规律的系统装置，是解决当前地铁热环境基础问题十分紧迫而有意义的工作。

实用新型内容本实用新型公开了一种用液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置，该实验装置在满足水和气体相关相似准则前提下，能较好再现稳态射流与间歇性受迫气流耦合前后的物理现象及其速度场变化特性，可以克服现场实测中现场诸因素的干扰， 弥补了数值模拟受限于物理建�：捅呓缣跫瓒ǖ闹圃迹臼涤眯滦褪笛樽爸貌唤龇奖愕鹘诠た觯乙禾逅醭吣Ｐ褪匝樘ǔ叽绱笮∈手校奖悴饬浚诼阆嗨谱荚蚯疤嵯拢芙虾迷傧值靥丛悠髯橹浠匦裕靥杓圃擞讨惺迪终咎ㄆ髯橹氖媸市院徒谀苄苑�。本实用新型技术方案如下一种用液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置，包括三部分地铁车站模型活塞风系统A、模型车站送风射流系统B、模型站台系统C ；其特征在于模型站台系统C包括一个封闭水箱，封闭水箱上方等距离开有三个水管口，分别为水管口一，水管口二，水管口三，封闭水箱右侧壁开有回水口和四个溢水口，封闭水箱左侧壁开有进水口；模型活塞风系统A包括阀门二、转子流量计一、电动调节阀、阀门一、水泵二 ；封闭水箱右侧壁的回水口经管道依次与水泵二、阀门一、电动调节阀、转子流量计一、阀门二连接，管道末端连接封闭水箱左侧壁的进水口 ；构成模型活塞风送风部分；模型车站送风射流系统B包括一个储水箱、三个水泵、三个转子流量计、三个阀门和管路构成；所述的储水箱开有三个出水口，分别通过管道依次与水泵、阀门、转子流量计连接，三个管道末端分别与封闭水箱的水管口一、水管口二、水管口三连通，构成模型送风射流部分。所述封闭水箱的回水口设置在封闭水箱右侧壁的中心，进水口设置在封闭水箱左侧壁后下方，其中一个溢水口在封闭水箱右侧与进水口对应于同一中心线位置，其它三个溢水口等距离排列在封闭水箱同侧壁上部。本实用新型实验装置能对非空调季节地铁典型气流组织速度场和温度场的耦合规律进行研究，填补了地铁热环境现有研究手段的不足；液体模型实验台弥补了现场实测工况不方便调节和数值模拟受边界条件等输入参数制约的不足，在满足相似准则前提下， 较好再现了地铁复杂气流组织变化特性，试验台尺寸大小适中，试验结果数据可靠，为地铁设计运营过程中实现站台气流组织的舒适性和节能性提供了有效研究手段。

图1为本实用新型实验装置的整体结构示意图；图2为本实用新型实验装置模型站台系统C俯视图；图3为本实用新型实验装置模型送风射流储水箱部分轴测图。A 地铁车站模型活塞风系统B:模型车站送风射流系统C:模型站台系统1、阀门二，2、转子流量计一，3、电动调节阀，4、阀门一，5、水泵二，6、储水箱，7、水泵，8、阀门，9、转子流量计，10、进水口，11、水管口一，12、水管口二，13、水管口三，14、溢水口，15、回水口，16、封闭水箱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。一种用液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置，如图1所示包括三部分地铁车站模型活塞风系统A、模型车站送风射流系统B、模型站台系统C ；三部分各用虚线框表示。模型站台系统C如图1、图2所示，包括一个封闭水箱16，封闭水箱上方等距离开有三个水管口，水管口一 11，水管口二 12，水管口三13，封闭水箱右侧壁开有回水口 15和四个溢水口 14，封闭水箱左侧壁开有进水口 10 ；地铁车站模型活塞风系统A如图1所示，包括阀门二 1、转子流量计一 2、电动调节阀3、阀门一 4、水泵二 5 ；封闭水箱右侧壁的回水口 15经管道依次与水泵二 5、阀门一 4、 电动调节阀3、转子流量计一 2、阀门二 1连接，管道末端连接封闭水箱左侧壁的进水口 10 ； 构成地铁车站模型活塞风系统A。模型车站送风射流系统B如图1、图3所示，包括一个储水箱6、三个水泵7、三个转子流量计9、三个阀门8和管路构成；所述的储水箱6开有三个出水口，分别通过管道依次与水泵7、阀门8、转子流量计9连接，三个管道末端分别与封闭水箱的水管口一 11、水管口二 12、水管口三13连通，构成模型车站送风射流系统B。如图2所示所述封闭水箱16的回水口 15设置在封闭水箱右侧壁的中心，进水口 10设置在封闭水箱左侧壁后下方，其中一个溢水口 14在水箱右侧与进水口对应于同一中心线位置，其它三个溢水口 14等距离排列在封闭水箱同侧壁上部。本实用新型采用胭脂红色食品添加剂(如产品标准为Q/GHAK 5)作为染色剂添加到模型站台系统C中的封闭水箱中，来显示模型站台(C)中耦合气流的流线，从而方便对流线变化特性的跟踪研究。本实用新型采用液体流速测试仪(如LGY-III型多功能智能流速仪)测试模型试验台(C)内耦合前后流速场。封闭水箱16表示模型站台系统C。其中封闭水箱上的水管口一 11、水管口二 12、 水管口三13表示模型送风射流喷口 ；封闭水箱上的进水口 10表示模型活塞风进风口。实施例1 模拟单个送风喷口与活塞风等温耦合工况如图1中将水管口 11和水管口 13上的水泵7、阀门8关闭，水管口 12的水泵7、 阀门8开启，以上海南京西路地铁车站站台层为原型，原型与模型几何尺寸对应见表1。经分析计算，为满足原型与本实用新型液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置运动相似，只需在动力相似中满足雷诺数相等或模型中流动处于自模区。表2为保持活塞风风速不变，调整送风射流风速对应的模型水流速与流量值；表3为保持送风射流速度不变，调整活塞风风速对应的模型水流速与流量值。表1站台原型与模型装置几何尺寸对应表
权利要求1.一种用液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置，包括三部分地铁车站模型活塞风系统A、模型车站送风射流系统B、模型站台系统C ；其特征在于所述的模型站台系统C包括一个封闭水箱(16)，封闭水箱上方等距离开有三个水管口，分别为水管口一(11)，水管口二(12)，水管口三(13)，封闭水箱右侧壁开有回水口(15) 和四个溢水口(14)，封闭水箱左侧壁开有进水口(10)；所述的模型活塞风系统A包括阀门二(1)、转子流量计一 O)、电动调节阀(3)、阀门一 G)、水泵二(5)；封闭水箱右侧壁的回水口(15)经管道依次与水泵二(5)、阀门一 0)、 电动调节阀(3)、转子流量计一 O)、阀门二(1)连接，管道末端连接封闭水箱(16)左侧壁的进水口 (10)；所述的模型车站送风射流系统B由一个储水箱(6)、三个水泵(7)、三个转子流量计(9)、三个阀门(8)和管路构成；所述的储水箱(6)开有三个出水口，分别通过管道依次与水泵(7)、阀门(8)、转子流量计(9)连接，三个管道末端分别与封闭水箱的水管口一(11)、水管口二(12)、水管口三(13)连通。
2.根据权利要求1所述的用液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置，其特征在于所述封闭水箱的回水口(1 设置在封闭水箱(16)右侧壁的中心，进水口(10)设置在封闭水箱(16)左侧壁后下方，其中一个溢水口(14)设置在封闭水箱右侧与进水口对应于同一中心线位置，其它三个溢水口(14)等距离排列在封闭水箱(16)同侧壁上部。
专利摘要一种用液体模拟地铁环境中两股气流等温耦合过程的实验装置，模型站台系统C的封闭水箱上方等距离开有三个水管口，封闭水箱右侧壁开有回水口和四个溢水口，封闭水箱左侧壁开有进水口；地铁车站模型活塞风系统A是由封闭水箱右侧壁的回水口经管道依次与水泵、阀门一、电动调节阀、转子流量计一、阀门二连接，管道末端连接封闭水箱左侧壁的进水口；模型车站送风射流系统B包括一个储水箱、所述的储水箱开有三个出水口，分别通过管道依次与水泵、阀门、转子流量计连接，三个管道末端分别与封闭水箱的水管口一、水管口二、水管口三连通。本实用新型采用的液体模型实验台尺寸大小适中，结果可靠，为地铁设计运营过程中复杂站台气流组织研究提供了有效手段。
文档编号G01M9/00GK202305172SQ20112041748
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者宋洁, 杜晓明, 沈丽, 王丽慧 申请人:上海理工大学