1.基于风量风压关系模型的隧道施工期风机选型方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:根据隧道施工实际影响因素,计算隧道施工期的隧道工作面需风量;其中,隧道施工实际影响因素包括隧道内同时作业最多人数、洞内允许最小风速、绝对瓦斯涌出量、内燃机械设备总功率、一次性爆破排烟,依次计算每个隧道施工实际影响因素对应的隧道工作面需风量,并取其中的最大值作为隧道施工期的隧道工作面需风量;S2:根据隧道通风设计影响因素,计算风管压力损失和风扇工作风阻;S3:基于隧道工作面需风量、风管压力损失和风扇工作风阻,构建风机设备的风量风压数学模型,求解得到风机设备的通风参数和风压曲线;S4:以各型号风机设备性能参数数据库为基础建立风量风压关系模型,采用 Levenberg-Marquardt 非线性最小二乘算法进行拟合计算,得到风机设备的性能曲线;步骤包括:S41:基于各型号风机设备性能参数数据库构建风量风压关系模型,其表达式为: ;式中: 表示风机设备的风压, 表示风机设备的风量, 分别表示风机设备性能曲线的二次项系数、一次性系数、常数项系数;S42:利用 Levenberg-Marquardt 非线性最小二乘算法进行拟合计算,求解 的值,得到风机设备的性能曲线;S5:基于风压曲线和性能曲线构建风机设备选型模型,利用 brentq 算法计算风机设备满足隧道施工期通风设计需求的极限值,筛选出最优风机设备的型号,步骤包括:S51:构建风机设备选型模型,风机设备选型模型的表达式如下: ;式中: 表示判断风机设备性能满足隧道施工期通风需求的依据, 表示风机供风量, 表示风压曲线表达式系数;S52:采用 brentq 算法计算 的解,得到风机设备的性能满足隧道施工期通风需求的极限值;S53:根据极限值筛选出满足隧道施工期通风需求的风机设备型号,形成备选型号库;S54:在备选型号库中自动选择 的风机设备,并在 的风机设备中自动选择 最小的风机设备,作为最优风机设备型号,其中, λ 为风管局部阻力系数。
2.根据权利要求1所述的基于风量风压关系模型的隧道施工期风机选型方法,其特征在于,步骤S2中,计算风管压力损失和风扇工作风阻的步骤包括:S21:获取隧道通风设计影响因素中的风管直径和风管摩擦系数,计算风管的摩擦风阻 R f ;S22:获取隧道通风设计影响因素中的风管弯折情况、风管变径情况、风管分叉情况,确定风管局部阻力系数 ,计算局部风阻处风量值 Q i ;S23:基于隧道施工期的隧道工作面需风量、风管局部阻力系数和局部风阻处风量值,分别计算风管压力损失中的沿程压力损失 h f 和局部压力损失 h x ;S24:依次计算风管压力损失和风扇工作风阻。
3.根据权利要求2所述的基于风量风压关系模型的隧道施工期风机选型方法,其特征在于,所述方法还包括:获取隧址区的海拔参数,若隧址区海拔高度≥2000m,则对得到的隧道工作面需风量、风管压力损失和风扇工作风阻进行海拔高程修正计算。
4.根据权利要求3所述的基于风量风压关系模型的隧道施工期风机选型方法,其特征在于,海拔高程修正计算时,先确定隧址区海拔空气重率,再计算隧道工作面需风量修正值 Q z ,风管压力损失修正值 H mtz 和风扇工作风阻修正值 R mtz 。
5.根据权利要求4所述的基于风量风压关系模型的隧道施工期风机选型方法,其特征在于,步骤S3中,构建风机设备的风量风压数学模型的步骤包括:S31:获取启用海拔高程修正计算与未启用海拔高程修正计算情况下的风机设备设计参数的最终值;S32:根据风机设备设计参数的最终值构建风机设备的风量风压数学模型,其表达式为: ;式中: 表示风机设备的风压, 表示风管的摩擦风阻, 表示通风作业状态中风管弯折情况、风管变径情况与风管分叉情况的总摩擦阻力, 表示通风作业状态中进风口段摩擦阻力, 表示通风作业状态中出风口段摩擦阻力, 表示重率高程校正系数, 表示隧道通风的计算长度范围内漏风系数;S33:根据风量风压数学模型,求解风压曲线表达式系数 ,得到风压曲线。
6.基于风量风压关系模型的隧道施工期风机选型系统,其特征在于,该选型系统用于实现权利要求1-5中任一项所述的选型方法,该选型系统包括:隧道工作面需风量采集模块,用于获取隧道施工期的隧道工作面需风量;隧道通风工况参数采集模块,用于根据隧道通风设计影响因素获取隧道施工期风管压力损失和风扇工作风阻;海拔修正模块,用于获取隧道工作面需风量、风管压力损失和风扇工作风阻的海拔高程修正值;模型构建模块,根据隧道工作面需风量、风管压力损失和风扇工作风阻构建风机设备的风量风压数学模型,根据各型号风机设备性能参数数据库建立风量风压关系模型,以及根据风压曲线和性能曲线构建风机设备选型模型;风机选型输出模块,求解风量风压数学模型与风量风压关系模型,利用 brentq 算法计算风机设备满足隧道施工期通风设计需求的极限值,筛选出最优风机设备的型号。