1.一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、获取隧道断面设计图、空气幕基本参数和隧道内外环境参数,所述隧道断面设计图包括隧道平均高度、隧道横向最大跨径及隧道横断面面积,所述空气幕基本参数包括空气幕喷口长度、宽度、射流速度及射流角度,所述隧道内外环境参数包括隧道外自然风速、隧道外温度及隧道洞内温度;
S2、假定空气幕的气流是由隧道外流入隧道的气流及空气幕倾斜平射气流合成,根据隧道平均高度、隧道横向最大跨径计算由隧道外流入隧道的气流,根据空气幕喷口长度、宽度、射流速度、射流角度及隧道平均高度计算空气幕倾斜平射气流;当由隧道外流入隧道的气流与空气幕倾斜平射气流合成的空气幕气流竖直向下时,计算得到由隧道外流入隧道的气流,即空气幕工作时未能阻挡的空气量和空气幕不工作时侵入隧道的总风量之和;
S3、根据空气幕工作时未能阻挡的空气量和空气幕不工作时侵入隧道的总风量计算得到空气幕阻隔效率;
S4、根据空气幕的射流速度、射流角度及空气幕喷口长度、宽度,计算得到隧道外或隧道内混入空气幕的空气量和空气幕射流喷出的空气量;
S5、根据隧道外或隧道内混入空气幕的空气量、空气幕射流喷出的空气量、隧道外温度及隧道洞内温度,通过热平衡原理得出混合气流温度;
S6、在所述混合气流温度大于等于0℃时,计算得出最优空气幕射流温度。
2.根据权利要求1所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,S1进一步包括:①获取300km/h单线隧道断面设计图;
②根据300km/h单线隧道断面设计图,将300km/h单线隧道横断面面积分成四个部分,得到相应的夹角与半径,用于计算所述横断面面积;
③将300km/h单线隧道断面等效于矩形,求出隧道平均高度H。
3.根据权利要求2所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,根据以下公式分别计算得到300km/h单线隧道横断面面积S、隧道横向最大跨径B及隧道平均高度H:其中,b表示隧道底部长度,h表示隧道拱脚到拱顶的最大距离,θ1表示上部扇形拱墙角度,θ2表示左右两侧扇形拱墙角度,r1表示上部扇形拱墙半径,r2表示左右两侧扇形拱墙半径。
4.根据权利要求1所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,S2进一步包括:设定空气幕的气流为f,隧道外流入隧道的气流为f1,空气幕倾斜平射气流为f2,则f=f1+f2,其中,其中:a为湍流系数;α为射流角度,单位:°;ω为隧道外自然风速,单位:m/s;ω0为射流速度,单位:m/s;H为隧道平均高度,单位:m;B为隧道横向最大跨径,单位:m;B1为喷口宽度,单位:m;b0为喷口长度,单位:m;x、y为距离坐标原点的距离。
5.根据权利要求4所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,当隧道外流入隧道的气流与空气幕倾斜平射气流合成的空气幕气流竖直向下时,则在空气幕作用下,由隧道外流入隧道的气流fH为:且fH=Q+Qm
其中:Qm为空气幕工作时未能阻挡的空气量,单位:m3/s;Q为空气幕不工作时侵入隧道的总风量,单位:m3/s。
6.根据权利要求5所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,根据以下公式分别计算得到空气幕不工作时侵入隧道的总风量Q、空气幕工作时未能阻挡的空气量Qm:其中,ω为隧道外自然风速,单位:m/s;ω0为射流速度,单位:m/s;H为隧道平均高度,单位:m;B为隧道横向最大跨径,单位:m。
7.根据权利要求1所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,S3进一步包括:根据以下公式计算得到空气幕的阻隔效率η:其中:η为阻隔效率;Qm为空气幕工作时未能阻挡的空气量,单位:m3/s;Q为空气幕不工作时侵入隧道的总风量,单位:m3/s;a为湍流系数;α为射流角度,单位:°;ω为隧道外自然风速,单位:m/s;ω0为射流速度,单位:m/s;H为隧道平均高度,单位:m;B为隧道横向最大跨径,单位:m;B1为喷口宽度,单位:m;b0为喷口长度,单位:m。
8.根据权利要求1所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,S4进一步包括:设定空气幕射流喷出的空气为量Q0,射流距喷口x距离处空气量为Qx,隧道外或隧道内混入空气幕的空气量为Q混,则,Q0=ω0cosαb0B1
其中:ω0为射流速度,单位:m/s;α为射流角度,单位:°;B1为射流厚度,单位:m;b0为喷口长度,单位:m;a为湍流系数。
9.根据权利要求8所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,S5进一步包括:获取隧道外温度t外、隧道洞内温度t内;
获取隧道外或隧道内混入空气幕的空气量Q混和空气幕射流喷出的空气量Q0;
根据热平衡原理得出混合气流温度tcm,具体公式为:
其中:t0为空气幕射流温度。
10.根据权利要求9所述一种寒区铁路隧道空气幕保温理论的计算方法,其特征在于,S6进一步包括:在所述混合气流温度大于等于0℃时,计算得出最优空气幕射流温度t0,具体公式为:即,