橫通道對(duì)公路隧道互補(bǔ)式通風(fēng)的影響數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國(guó)交通行業(yè)的快速發(fā)展，已建成公路隧道數(shù)量和長(zhǎng)度均日益增大，我國(guó)已步入世界上隧道數(shù)量最多、地形工況最復(fù)雜、發(fā)展速度最快的國(guó)家行列。與此同時(shí)，高昂的隧道運(yùn)營(yíng)、維護(hù)費(fèi)用以及不斷出現(xiàn)的隧道事故，愈發(fā)引起了國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)隧道通風(fēng)問(wèn)題的關(guān)注。研究表明，公路隧道機(jī)械通風(fēng)所需的費(fèi)用與隧道長(zhǎng)度的三次方成正比，因此如何選用合適的隧道通風(fēng)方式顯得尤為重要。
　　由于公路隧道修建時(shí)考慮地質(zhì)地貌等方面的因素，公路隧道往往具有一定的坡度，而車輛在上下

2、坡行駛時(shí)排放的污染物濃度的不同導(dǎo)致了雙洞隧道中左右線需風(fēng)量的差異。針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的空氣互換式通風(fēng)理論開(kāi)始逐漸應(yīng)用于新修建的雙洞單向公路隧道。本文基于國(guó)內(nèi)外關(guān)于互補(bǔ)式通風(fēng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，依托福建廈門(mén)某隧道為原型，主要展開(kāi)來(lái)以下方面的研究。
　　理論計(jì)算方面，本文通過(guò)對(duì)中遠(yuǎn)期車流量的預(yù)測(cè)及需風(fēng)量的計(jì)算得出了該隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)的方案，論證了互補(bǔ)式通風(fēng)系統(tǒng)在公路隧道通風(fēng)中的適用性。研究表明:在中遠(yuǎn)期通過(guò)控制右線隧道行車速度在60

3、～80km/h，左線行車速度在100 km/h時(shí)，僅依靠自然風(fēng)和車輛交通風(fēng)配合互補(bǔ)式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)即可滿足隧道正常工況下的運(yùn)營(yíng)通風(fēng)要求。
　　物理模型試驗(yàn)方面，基于相似理論搭建的隧道物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ停谒淼揽谠O(shè)置射流風(fēng)機(jī)來(lái)模擬車輛行駛的交通風(fēng)，測(cè)試了正常工況下不同位置處斷面的速度場(chǎng)分布情況;并通過(guò)模型隧道內(nèi)油盤(pán)燃燒試驗(yàn)來(lái)測(cè)試了隧道內(nèi)火災(zāi)工況下煙氣濃度場(chǎng)分布情況，對(duì)模型試驗(yàn)的結(jié)果以及誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析說(shuō)明;模型試驗(yàn)結(jié)論對(duì)比驗(yàn)證了隧道通風(fēng)

4、研究中采用CFD數(shù)值模擬方法的可行性。
　　數(shù)值模擬方面，運(yùn)用FLUENT數(shù)值模擬軟件建立了公路隧道通風(fēng)三維數(shù)值模型，主要模擬了正常工況下橫通道數(shù)量對(duì)隧道內(nèi)空氣流速的影響，同時(shí)基于車輛排放污染物設(shè)置了“點(diǎn)源”模型并以CO濃度為參考模擬了隧道內(nèi)污染物的分布情況;通過(guò)建立火災(zāi)燃燒模型，在火災(zāi)工況下設(shè)定固定火災(zāi)熱釋放率研究了橫通道開(kāi)閉工況下對(duì)煙氣濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布情況的影響。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析研究，主要得出了以下結(jié)論:
　　1)

5、正常工況下橫通道數(shù)量并不是越多越好，增設(shè)的橫通道對(duì)隧道內(nèi)氣體流速?zèng)]有明顯改變，對(duì)互補(bǔ)式通風(fēng)系統(tǒng)的換氣作用不明顯。同時(shí)由于中間增設(shè)的橫通道內(nèi)部氣流速度過(guò)慢而導(dǎo)致了CO濃度過(guò)高的問(wèn)題，不利于橫通道內(nèi)人員和車輛的活動(dòng)。
　　2)火災(zāi)工況下橫通道的開(kāi)閉對(duì)隧道內(nèi)煙氣濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響較為明顯，當(dāng)橫通道開(kāi)啟時(shí)左線隧道行車的活塞風(fēng)通過(guò)橫通道進(jìn)入右線隧道內(nèi)，增大了煙氣擴(kuò)散的速率，減小了隧道內(nèi)煙氣濃度質(zhì)量百分比。同時(shí)，橫通道開(kāi)啟后隧道中人員活動(dòng)區(qū)