熱壓作用下城市交通隧道排風(fēng)氣流特性研究.pdf

1、城市交通隧道多數(shù)位于城市的繁華區(qū)段，車流密度大，易發(fā)生車輛阻塞以及火災(zāi)事故，再加上有相鄰物業(yè)、車庫與之相連，需要將有害氣體或煙氣盡快排出隧道以免對周圍的環(huán)境與人員造成破壞，因此如何合理地布置通風(fēng)或排煙的方式就顯得極其重要。城市交通隧道具有淺埋特性，因此在長直主體隧道內(nèi)可以采用縱向+豎井的排煙模式，利用豎井的煙囪效應(yīng)進行通風(fēng)排煙，此時豎井的高度和間距是影響通風(fēng)排煙的關(guān)鍵因素。在多分支隧道內(nèi)，阻滯工況和火災(zāi)工況下隧道內(nèi)氣流溫度較高，在有坡度

2、的連接隧道處容易產(chǎn)生熱壓，當(dāng)熱壓強度大時會與機械風(fēng)壓形成競爭，造成與設(shè)計通風(fēng)排煙模式完全不同的其他流動模式，有些模式甚至是不希望出現(xiàn)的。因此本文采用理論分析和數(shù)值模擬兩種研究手段，針對長直隧道內(nèi)豎井間距與高度對排煙的影響，以及多分支隧道氣流多解性兩個方面展開研究。
　　理論分析針對某一長直城市交通隧道內(nèi)的縱向+豎井的排煙特性、阻滯工況下多分支隧道氣流多解性以及火災(zāi)工況下多分支隧道氣流多解性三個方面展開工作：①對于長直城市交通隧道內(nèi)

3、的縱向+豎井排煙模式的研究，基于各豎井底部的全壓值大小建立理論模型，對應(yīng)不同豎井間距和豎井高度時各豎井的排煙效率分別展開研究，其中豎井排煙效率等于n個豎井總排煙量與隧道內(nèi)總煙氣量的比值，即φ=∑qi/Q；②按《公路隧道通風(fēng)照明規(guī)范》的規(guī)定對多分支隧道阻滯工況進行理論設(shè)計，包括阻滯工況的物理模型設(shè)計、隧道發(fā)熱量計算、隧道需風(fēng)量計算、設(shè)計通風(fēng)模式的確定以及軸流風(fēng)機的選擇。由于多分支隧道出入口多且存在坡度連接隧道，在設(shè)計通風(fēng)模式的前提下，很有

4、可能出現(xiàn)除設(shè)計通風(fēng)模式外的其他流動模式，因此文中對可能出現(xiàn)的5種氣流模式建立宏觀控制方程，并用Matlab對非線性方程組迭代求解；③對多分支隧道火災(zāi)工況下的通風(fēng)模式進行設(shè)計并風(fēng)機選型，對可能出現(xiàn)的流動模式建立數(shù)學(xué)模型并求解，并分析了連接隧道的坡度、火源功率的大小、射流風(fēng)機形成的升壓力對氣流組織多樣性的影響。在火災(zāi)工況的研究模型中某些分支會出現(xiàn)煙氣與空氣逆流的現(xiàn)象，因此對這些分支采用兩層區(qū)域模型，而對煙氣與空氣同向的分支依舊采用一層區(qū)域模

5、型。
　　數(shù)值模擬主要開展了兩方面的研究工作：1)對長直城市交通隧道內(nèi)的縱向+豎井的排煙模式進行小尺寸模擬，入口采用速度入口邊界條件，其速度大小的值分別按理論分析得出的隧道入口速度通過比例關(guān)系算得；2)對火災(zāi)工況下多分支隧道的氣流多解性采用原尺寸模型進行穩(wěn)態(tài)模擬，邊界條件相同，初始條件不同，分別對理論分析得出的幾種流動模式進行模擬研究。數(shù)值模擬和理論分析的結(jié)果可以吻合得很好。
　　通過理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬的研究發(fā)現(xiàn)：①豎井間距