Чисельне 3D-моделювання нестаціонарного температурного поля внутрішньої поверхні тунелю метрополітену
DOI:
https://doi.org/10.32347/2409-2606.2025.55.96-114Ключові слова:
метрополітен, утилізація скидної теплоти, теплообмінники, теплопередача, тепловий насосАнотація
Точний розрахунок температури ґрунту навколо тунелю метро неможливий без правильного оцінювання температури поверхні внутрішньої стінки тунелю, яка визначається комбінацією внутрішніх факторів у тунелі, а саме: аеродинамікою потоку, тепловиділенням від поїздів, конвективним теплообміном між повітрям і тунелем, а також властивостями та товщиною чавунного облицювання. Попереднє 2D-дослідження виявило загальні особливості температурного поля та підтвердило потенціал використання теплоти, що скидається системою метро. Однак, воно не може принципово відтворити просторово-часову динаміку теплових потоків і тому не дозволяє повністю врахувати режими роботи тунелю. У цій роботі розроблено числову 3D-модель у COMSOL Multiphysics для пов'язаного аналізу теплових процесів у міжстанційному тунелі. Модель враховує тимчасове тепловиділення від рухомого складу, представленого як лінійне джерело теплоти, аеродинаміку турбулентного повітряного потоку в тунелі та теплообмін з внутрішньою поверхнею чавунного облицювання. Ключовий принцип дослідження полягає в тому, що температура поверхні внутрішньої стінки не є заданою як фіксоване значення. Натомість, вона отримується зі зв'язаного аеродинамічного та теплового моделювання як функція часу. Отримана температура буде використана в майбутній роботі як фізично обґрунтована гранична умова на межі розділу кріплення та ґрунту під час вирішення задач теплопередачі в навколишньому ґрунтовому масиві, тим самим підвищуючи надійність прогнозів температури ґрунту.
Посилання
Zadiranov V. “Simulation of metro heat utilisation using a vertical ground heat exchanger and a heat pump in Kharkiv”. Ventyliatsiia, osvitlennia ta teplohazopostachannia, Iss. 53, 2025, pp. 123–139. (In Ukrainian)
DBN V.2.3-7-2010. Metros (Undergrounds). Main aspects. UkrArkhBudInform, 2019. Available at: https://dbn.co.ua/load/normativy/dbn/1-1-0-201 (In Ukrainian)
Doroshenko V. and Yanchenko O. “Metal bearing and sealing structures for underground and protective structures”. Modern technology, materials and design in construction, Vol. 34, No. 1, 2023, pp. 27-35. Available at: https://doi.org/10.31649/2311-1429-2023-1-27-35 (In Ukrainian)
Zeng-Hui, H.U., Xiao-Zhao, L.I., Xiao-Bao, Zh., Lin, X. and Wei, W.U. “Numerical analysis of factors affecting the range of heat transfer in earth surrounding three subways”. Journal of China University of Mining and Technology, Vol. 18, 2008, pp. 67-71. Available at: https://doi.org/10.1016/S1006-1266(08)60015-2
Liubarskii R. E., Mozolevskii V. I., Spivachuk V. A. and Yurchenko M. I. Kharkovskii metropoliten. 2nd ed. Budivelnyk, 1981. Available at: https://gortransport.kharkov.ua/subway/books/khm1981/ (in Russian)
GOST 23961-80 Metropoliten. Gabarity priblizheniia stroenii oborudovaniia i podvizhnogo sostava. Available at: https://vsegost.com/Catalog/39/39776.shtml
Daleka V.Kh., Khvorost M.V., Skurikhin V.I. and Skurikhin V.I. Rukhomyi sklad miskoho elektrychnoho transportu. Mekhanichna chastyna. KHNUMG im. O.M. Beketova, 2018. Available at: https://eprints.kname.edu.ua/49855/
Kharkivskyi metropoliten. Available at: https://t.me/kh_metro
Lanchava O.A. and Nozadze G. (2021), “Piston effect analysis for the metro ventilation”. Georgian scientists, Vol. 3, Iss. 1, pp. 1-14. Available at: https://doi.org/10.52340/gs.02.21.278
Yen-Hung L. “Effects of Position of Linear Heat Source on Cross-Section Temperature Distribution in a Semicircular Tunnel”, Airiti Library, 2009, https://doi.org/10.6342/NTU.2009.01776
Sadokierski, S. and Thiffeault, J.-L. “Heat transfer in underground rail tunnels”. ArXiv:0709.1748, 2007. Available at: https://arxiv.org/abs/0709.1748
Tsodikov, V.Ia. Ventiliatsiia i teplosnabzhenie metropolitenov. Nedra, 1975.
Zvit pro upravlinnia Kharkivskym metropolitenom za 2021 rik. Available at: https://www.metro.kharkiv.ua/all-images/doc/zvit-pro-upravlinnya-za-2021-rik.pdf
EFSA Scientific Committee. Guidance on default assumptions used by the EFSA Scientific Panels and Committee, and EFSA Units in the absence of actual measured data: Public consultation draft. European Food Safety Authority, 2011. Available at: https://www.efsa.europa.eu/sites/default/files/consultation/110707a.pdf
Pasazhyrski perevezennia v 2021 rotsi. Available at: http://kh.ukrstat.gov.ua/2021pasagirperevez/4283-arkhiv-pasazhirski-perevezennya-u-2021-rotsi
Rozmiry rukhu poizdiv po saltivskii linii kharkivskoho metropolitenu https://www.city.kharkov.ua/assets/files/news/transport/metro_rozm_ruh_10.2020.pdf
NASA Technical Memorandum. Available at: https://ntrs.nasa.gov/citations/19890016187
Skhema linii Kharkivskoho metropolitenu. Available at: https://gortransport.kharkov.ua/photobase/6258/
Wang, Y., Li, H., Li, Y. and Liu, H. “Study on Air Temperature and Soil Hydrothermal Distribution Patterns in Shallow‐Buried Metro Tunnels in Cold Regions”. SSRN (preprint) https://doi.org/10.2139/ssrn.5138462
Deineko, A., Krukovskyi, P., and Frolov, G. “Features of the Heat and Mass Transfer of the Underground Structures of the Kiev Metro with the Ground Mass and Air Environment”. Journal of New Technologies in Environmental Science, 1(2), 11–15, 2023. Available at: https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-623563f8-fd54-484d-af01-207d6324df2e
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Вадим Задіранов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
