1 广州地铁设计研究院有限公司 510010；2深圳市市政设计研究院有限公司轨道交通分院 518035
摘要：地铁列车运行过程中伴随的活塞风与车站的通风及能耗关系密切，由于活塞风的流动无需额外的输入功即可对地铁隧道进行通风换气，能有效降低地铁运营的能耗，在过渡季节更为明显。本文一方面依据流体连续性方程和伯努利方程理论研究标准地下车站的活塞风规律，另一方面根据实际风速测试结果分析活塞风的运行规律，旨在为利用活塞风减小地铁车站运营能耗提供思路。
关键词：地铁车站；活塞风；理论分析；实测分析
1理论研究
根据流体力学的基本原理，当气流速度远小于音速时，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%[8])。地铁车辆最大行驶速度一般不超过35m/s(126 公里/小时)，产生的活塞风速度远小于音速。
列车运行时伴随而生的活塞风在地铁隧道三维空间中产生和发展的，由于地铁区间隧道中空气的流动主要沿轴线方向，其他两个方向上的运动可忽略故可将气流运动视为沿轴线方向的一维理想流体连续运动。而对于长大地铁隧道而言，除隧道进口段和出口段外，一般可认为，列车在隧道内匀速运行形成的流场中空间点上的任何流动要素(如压力、流速)均不随时间变化，即认为是稳定流。
由上述理论分析，得到如下结论：
由式(1-9)可知，区间隧道的活塞风速与列车运行速度、阻塞比、车长、及各部分阻力系数相关。
由式(1-9)可知，在隧道断面特性不变时，列车匀速直线运行时，隧道内各位置的活塞风速保持不变。
由式(1-12)可知，列车匀速运行时，活塞作用恒定不变；由式(1-10)和式(1-11)知， 随 的增大而增大， 随 的增大而减小，即列车向前行驶时，车头压力和车尾压力均逐渐降低，车头压力最大值出现在列车刚进隧道时，车尾压力最小值出现在列车离开隧道时。
2实测分析
本文风速测试选取广州某标准站，站台宽10.5m，站厅公共区面积1872m2，站台公共区面积1643 m2，车站型式为地下2层不带配线的岛式站台。
测试条件：通过与运营的工作人员沟通，列车压线经过该站（匀速行驶），且在区间内往返行驶。分别测试列车速度25km/h，56km/h，60km/h时隧道内的活塞风速情况。
测点布置：分别在活塞风口前后各2m位置处布置测点，距离轨面1.5m高处。
测试结果如图2图至9所示：
由图2至图9可以得出以下结论：列车出站的最大风速和平均风速比列车进站的最大风速和平均风速大，说明列车出站的负压比列车进站的正压大。
对比图5和图9，两次测试都为下行出站工况，图5列车速度60km/h，测试点为A点(活塞风口后)，图9列车速度56km/h，测试点为B点(活塞风口前)。可见图9的风速变化没有图5变化幅度大，且最大风速和平均风速都低于图5。可以得出活塞风口进入大量的室外风，造成活塞风速较大。
对比图7和图7，两次测试都为列车速度56km/h出站工况，图7为上行 C点(活塞风口前)，图9下行 B点(活塞风口前)。由图7和图9可以看出，两次测试风速变化趋势大致一致，且风速波动幅度较低。
3 结束语
在地铁正常运营期间，车站周期性的活塞风对地铁环控系统的能耗密切相关本文通过理论结合实测的方法初步分析了标准地铁车站的活塞风的运行规律，对于地铁环控系统的节能具有重要意义。
参考文献
[1] 包海涛.地铁列车活塞风数值模拟[D].南京理工大学 2005.
[2] 王丽慧.地铁活塞风与地铁环控节能[D].同济大学 2007.
论文作者:吴绍康1,王黛2
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/29
标签：活塞论文; 风速论文; 列车论文; 隧道论文; 地铁论文; 测试论文; 风口论文; 《基层建设》2016年36期论文;