بررسي عددي تاثير حركت قطار درون تونل هاي زيرزميني قطار شهري بر عملكرد سيستم تعويض هوا با مقايسه حالت فن روشن و خاموش

Numerical Analysis of the Effect of Train Movement Inside Underground Subway Tunnels on the Air-Exchange Systems by Comparing Fan-Off and Fan-On Conditions

سيستم مترو به عنوان سيستم حمل و نقل عمومي امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نوع سيستم يكي از پرمصرف رين سهم مصرف انرژي در آن به جز مصارف جابجايي مسافران، مربوط به سيستم تهويه تونل و ايستگاه است. در اين پژوهش، حركت قطار درون چهار ايستگاه و تونل هاي بينابين از سيستم قطار شهري زيرزميني مدل سازي شده است. مدل تونل و ايستگاه ها با درنظرگرفتن مواردي مثل سالن بليت، راه پله ها، سكوي تردد مسافران و سيستم تهويه شبيه سازي شده است. ابتدا صحت حل عددي با مقايسه با نتايج آزمايشگاهي منتشرشده در پژوهش هاي قبلي بررسي شده، سپس ميدان جريان ناشي از حركت قطار در تونل و ايستگاه ها در حالت هاي فن روشن و فن خاموش محاسبه و مقايسه شده است. نتايج نشان مي دهد كه حركت قطار بر ميدان جريان در اطراف بازشدگي فن ها و نيز دريچه هاي تهويه سقف سكو تاثير گذار بوده وعملكرد سيستم تعويض هواي طراحي شده را به شدت تغيير مي دهد. علاوه بر اين ميدان جريان در كل تونل و ايستگاه ها به طور كامل متاثر از حركت قطار و اثر پيستوني ناشي از آن است. حركت قطار سبب مي شود كه مقدار دبي تبادل شده از درب هاي ورودي ايستگاه و نيز دبي تبادل شده بين هر ايستگاه و تونل اصلي تقريبا به ده برابر حالت پايا برسد. همچنين جريان هوايي كه از حركت قطار نشات مي-گيرد چندين برابر جريان هوايي است كه از عملكرد سيستم تعويض هوا به وجود مي آيد. بنابراين استفاده بهينه از اثر پيستوني مي تواند تاثير بسزايي در كاهش مصرف انرژي داشته باشد.

Nowadays, metro system is widely used for public transportation. Its regular operation consumes large amounts of electrical energy in comparison to other urban systems, while a considerable part of its non-traction energy is consumed for air exchange and ventilation of tunnels and stations. In this research, the train movement inside the four stations and connecting tunnels of underground subway system is simulated. The tunnel and station models contain important units such as ticket hall, staircases, platforms and ventilation systems. The numerical model is validated by comparing the results with the experimental data available in the literature. The flow field inside the tunnel and stations induced by the train movement is calculated and compared in fan-off and fan-on conditions. The results show that the train movement changes the flow direction around the fans and grille openings and can severely affect the air-exchange performance. The flow field inside the tunnels and stations is completely dependent on the piston effect caused by the train movement. Because of the train movement, the volume OF flow exchange through station entrances, and also through station and tunnel inlets becomes ten times of that on the steady state condition with the stationary train. Also the air flow induced by the train movement is much higher than the flow generated by the air-exchange system. Therefore, the optimal use of the piston effect has a significant effect on reducing the energy consumption.