长大海底隧道通风节能控制系统研究

发布时间：2020-10-30 09:28

　　 近些年来,随着我国高速公路事业的飞速发展,在高速公路的建设过程中,隧道所占的比例也越来越大。隧道是公路上一个相对封闭的特殊路段,车辆行驶在隧道内的过程中会排放出各种污染物,比如一氧化碳、氮氧化合物和烟雾等,对行车安全造成较大的影响,并且会危害到司乘人员的身体健康。为了净化隧道内的空气,保证车辆在隧道中有一个良好的行车环境,需要采用机械通风的方式,依靠安装在隧道中的射流风机组把隧道内的污染物浓度控制在安全的范围内。现阶段一般隧道常用的通风控制方式很难同时兼顾隧道通风的安全性和节能性。所以,研究合理的控制策略来优化隧道通风控制系统有着现实而又重要的意义。本文以港珠澳大桥海底隧道工程为背景,提出了一种基于模糊控制的隧道通风节能控制方案。论文首先阐述了公路隧道通风的必要性和通风的目的,介绍了隧道通风方式及隧道通风控制方式,并分析了隧道通风方式的研究现状和发展趋势,介绍了本文依托的港珠澳大桥海底隧道工程的基本情况;然后针对隧道通风系统建立了相关数学模型,为隧道通风模糊控制系统的设计建立了理论基础和数据支撑。其次,结合港珠澳大桥海底隧道工程中的实际参数,设计隧道通风模糊控制系统。由于隧道内的主要污染物之间相对具有一定的独立性,设计了三个互相独立的模糊控制器:CO浓度模糊控制器、NOx浓度模糊控制器和烟雾浓度模糊控制器。各污染物实际浓度值与设计浓度值的误差及其误差变化量作为输入,通过各个模糊控制器进行模糊推理运算得出的需要增减的射流风机组数作为输出,选择三个模糊控制器中的较大者作为系统的输出,来对隧道内射流风机组的工作状态进行调整。最后,在MATLAB和Simulink环境下对设计的隧道通风模糊控制系统进行仿真,并对得出的仿真结果进行分析可知,本文所采用的控制方法是有效可行的。
【学位单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U453.5;U459.5
【部分图文】：

以下四种：??全横向式通风设有送风道和排风道，通风风流在隧道内横向流动即隧道内风??流流动方向与行车方向垂直，如图１－１所示。采用全横向通风，污染物排出所要经??过的路径较短，隧道内空气能快速与隧道外环境连通。全横向通风的优势在于能??使外界气体效用最大化。如若发生火灾，烟雾将沿横向路径快速排出，火灾不会??在短时间之内迅速扩散。但是这种通风方式需要在隧道内设置送风道和排风道，??隧道的建设和运营费用较高？??／Ｖ＼?，ｉ，??＇ｉ?Ｍ?Ｉ?ｉ?ｉ?ｍ?ｒ??？?ｈ?ｎ?？?Ｈ?ｆｒ??图１－１全横向式通风示意图??Ｆｉｇ?１－１?Ａｌｌ?Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?Ｄｉａｇｒａｍ??半横向式通风的基本特征是：由隧道通风道送风或者排风，由洞口沿隧道纵??向排风或者抽风，既有平行于行车方向的通风风流，也有垂直于行车方向的通风??风流，如图１－２所示。采用这种通风方式，隧道只需要设置一种风道，所以较为经??济。??３??

以下四种：??全横向式通风设有送风道和排风道，通风风流在隧道内横向流动即隧道内风??流流动方向与行车方向垂直，如图１－１所示。采用全横向通风，污染物排出所要经??过的路径较短，隧道内空气能快速与隧道外环境连通。全横向通风的优势在于能??使外界气体效用最大化。如若发生火灾，烟雾将沿横向路径快速排出，火灾不会??在短时间之内迅速扩散。但是这种通风方式需要在隧道内设置送风道和排风道，??隧道的建设和运营费用较高？??／Ｖ＼?，ｉ，??＇ｉ?Ｍ?Ｉ?ｉ?ｉ?ｍ?ｒ??？?ｈ?ｎ?？?Ｈ?ｆｒ??图１－１全横向式通风示意图??Ｆｉｇ?１－１?Ａｌｌ?Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?Ｄｉａｇｒａｍ??半横向式通风的基本特征是：由隧道通风道送风或者排风，由洞口沿隧道纵??向排风或者抽风，既有平行于行车方向的通风风流，也有垂直于行车方向的通风??风流，如图１－２所示。采用这种通风方式，隧道只需要设置一种风道，所以较为经??济。??３??

主体工程是从粵港分界线到珠海澳门口岸，这部分是由广东省、香港特别行政区??和澳门特别行政区三地共同建设的；桥隧工程香港段是从香港饊石湾到粵港分界??线，三地口岸和三地连接线是由三个地区各自建设的。项目总体平面布置如图１－３??所示。??讀：途痛??图１－３港珠澳大桥项目总体平面图??Ｆｉｇ?１－３?Ｏｖｅｒａｌｌ?Ｐｌａｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｈｏｎｇ?Ｋｏｎｇ－Ｚｈｕｈａｉ－Ｍａｃａｏ?Ｂｒｉｄｇｅ?Ｐｒｏｊｅｃｔ??港珠澳大桥主体工程是采用桥隧组合的方案，其中隧道段全长约６．７公里，桥??梁段全长约２２．９公里。隧道两端各设置一个人工岛，用来实现桥梁段和隧道段的??转换，并方便设置通风井。东西人工岛之间最近的边缘间距大约５５８４米，东人工??岛东边缘距离粤港分界线大约３６６米，西人工岛东边缘距离伶仃西航道大约２０００??米。??１．４．２隧道通风方案??本文主要研宄对象是港珠澳大桥海底隧道。整个隧道由监控系统、通风系统、??给排水系统和消防系统组成，在此详细介绍隧道通风系统。海底沉管隧道采用纵??向通风加重点排烟的通风控制方案。系统方案设计包括隧道环境检测系统、行车??孔通风系统、独立排烟系统、安全通道通风系统和高压细水雾降温系统等。??环境监测系统主要负责采集隧道内的环境数据（温度、风速／风向、ＣＯ、Ｗ、??ｉＶＯｘ、大气压等数据），为隧道正常运营工况和事故工况下通风方案确定提供参数。??行车孔通风系统主要为了保障隧道行车的安全性以及舒适性。排烟系统主要负责??火灾工况下的集中排烟
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本文编号：2862284