渗流工况下地铁能源隧道传热特性分析

王菲; 杨成康; 叶然; 王一硕; 郑进福; 胡松涛; 季永明

doi:10.12465/issn.0253-4339.20260511002

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渗流工况下地铁能源隧道传热特性分析

XXXX | 更新时间：2026-08-20

- 渗流工况下地铁能源隧道传热特性分析
- Analysis of Heat Transfer Characteristics in Subway Energy Tunnels under Seepage Flow Conditions
- 制冷学报 2026年页码：1-11
- 作者机构：
  
  1.青岛理工大学环境与市政工程学院青岛 266520
  2. 山东省健康环境与低碳能源工程研究中心青岛 266520
- 作者简介：
  
  季永明，男，副教授，青岛理工大学环境与市政工程学院，18353268850，E-mail：jixia_2008@126.com。研究方向：能源隧道技术。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52478092)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20260511002
  中图分类号： TB657.5;TU831.6;TU833⁺.1
- 收稿：2026-05-11，
  
  修回：2026-05-26，
  
  录用：2026-07-29，
  
  网络首发：2026-08-20，
- 稿件说明：
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王菲，杨成康，叶然，等. 渗流工况下地铁能源隧道传热特性分析［J］. 制冷学报，XXXX，XX（XX）：1-11.

Wang Fei，Yang Chengkang，Ye Ran，et al. Analysis of Heat Transfer Characteristics in Subway Energy Tunnels under Seepage Flow Conditions［J］. Journal of Refrigeration，XXXX，XX（XX）：1-11.
王菲，杨成康，叶然，等. 渗流工况下地铁能源隧道传热特性分析［J］. 制冷学报，XXXX，XX（XX）：1-11. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20260511002.

Wang Fei，Yang Chengkang，Ye Ran，et al. Analysis of Heat Transfer Characteristics in Subway Energy Tunnels under Seepage Flow Conditions［J］. Journal of Refrigeration，XXXX，XX（XX）：1-11. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20260511002.

摘要

长期服役的地铁隧道面临热环境持续恶化的问题，严重影响其安全高效运行。能源隧道技术是解决上述难题的有效技术之一。现有研究仍未全面揭示基于毛细管换热器（CHE）的盾构能源隧道在渗流工况下的传热特性，制约了该技术的工程应用。本文基于示范项目，建立了基于CHE的地铁盾构能源隧道三维热–渗耦合数值模型，分析了渗流工况下换热器运行参数对能源隧道换热性能的影响规律。结果表明：渗流可显著提升盾构能源隧道的传热性能，当渗流速度由0 m/s提升至2.3×10

-5

m/s时，供暖季与供冷季的换热量分别提高106.77%和276.00%；靠近渗流入口侧的CHE环路换热能力略高于远离入口侧。此外，CHE入口流速与温度对换热性能影响显著，当入口流速由0.06 m/s增至0.12 m/s时，供冷季与供暖季的换热量分别提升89.53%和72.66%；当入口温度在供冷季升高6 ℃、供暖季降低6 ℃时，换热量分别提高58.80%和177.01%。提高CHE入口流速及增大传热温差会导致管片温度分布均匀性下降。本研究可为盾构能源隧道的设计与应用提供理论支撑。

Abstract

Continuous deteriorations of thermal environments in subway tunnels induces long-term service problems， which significantly affect their safe and efficient operations. Energy tunnel technology is an effective solution for these problems. However， the existing research has not fully revealed the heat-transfer characteristics of shield-energy tunnels with capillary heat exchangers （CHE） under seepage conditions， thereby restricting the engineering application of this technology. Based on a demonstration project， this study established a three-dimensional thermal-seepage coupling numerical model of shield-subway-energy tunnels with CHE， and analyzed the influences of heat-exchanger operational parameters on the heat transfer performances of energy tunnels under seepage conditions. The results showed that seepage could significantly improve the heat-transfer performance of shield-energy tunnels. When the seepage velocity increased from 0 to 2.3×10

-5

m/s， t

he heat transfer during the heating and cooling seasons increased by 106.77% and 276.00%， respectively. The heat transfer capacity of the CHE loop near the seepage inlet was slightly higher than that farther from the inlet. In addition， the inlet flow velocity and temperature of the CHE significantly affected the heat transfer performance. When the inlet flow velocity increased from 0.06 m/s to 0.12 m/s， the heat transfer capacities during the cooling and heating seasons increased by 89.53% and 72.66%， respectively. When the inlet temperature increases by 6 ℃ during the cooling season and decreased by 6 ℃ during the heating season， the heat transfer capacities increased by 58.80% and 177.01%， respectively. However， increasing the inlet flow velocity of the CHE and the heat-transfer temperature difference led to a decrease in the uniformity of the temperature distribution of the segments. This study provides a theoretical support for the design and application of shield-energy tunnels.

关键词

Keywords

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