公路隧道洞口廢氣擴散形態(tài)與竄流影響研究.pdf

1、隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，隧道越來越多地出現(xiàn)在公路交通工程領(lǐng)域里，其洞口廢氣擴散與竄流問題因其對隧道營運通風及對周圍環(huán)境密切相關(guān)，亦越來越多地受到關(guān)注，本論文依托交通部西部交通建設(shè)科技項目“公路隧道智能聯(lián)動控制技術(shù)研究”與國家杰出青年基金項目“長大交通隧道建設(shè)與營運關(guān)鍵科學問題”等科研項目，采用廣泛調(diào)研、現(xiàn)場測試、理論分析、綜合分析以及系統(tǒng)性數(shù)值分析等多種研究手段、結(jié)合北碚隧道與中梁山隧道等具體工程，就公路隧道洞口廢氣擴散形態(tài)與竄流影

2、響等相關(guān)問題開展了研究，主要研究工作與取得的主要成果如下:
　　1、依據(jù)非恒定多因素綜合作用下洞口廢氣濃度分布特點，提出了基于極值的濃度場測試分析方案，依托北碚隧道、中梁山隧道，開展了公路隧道洞口廢氣濃度擴散的全場現(xiàn)場實測研究，并將全自動煙氣分析儀成功應(yīng)用于中梁山隧道不同測點的同步實測中，獲得了多種運營工況、不同洞口地形條件下公路隧道實際運營廢氣最大濃度影響分布曲線簇以及一系列洞口廢氣多種成份的同步實測的濃度-時刻曲線簇，并以此為

3、基礎(chǔ)，分析了公路隧道洞口廢氣擴散規(guī)律，其擴散特征符合流體流動擴散傳輸規(guī)律、且兩種測試方案其測試結(jié)果的一致性，印證了基于極值的濃度場測試分析方法具有合理性與可行性。
　　2、根據(jù)公路隧道洞口廢氣擴散進入環(huán)境大氣的出流特點，結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的研究分析，率先引入射流理論，并依據(jù)氣體自由射流自保持狀態(tài)的相關(guān)研究、結(jié)合有效模擬復(fù)雜地形的網(wǎng)格生成技術(shù)，建立了適應(yīng)于公路隧道洞口廢氣湍射流擴散數(shù)值分析的區(qū)域模型;推導(dǎo)選擇了相應(yīng)的多組分氣體擴散傳輸?shù)娜?/p>

4、維微分數(shù)學模型組與適宜的求解方法。
　　3、將基于極值的濃度場測試分析的現(xiàn)場測試與湍射流模擬理論相結(jié)合，探討了一種適應(yīng)于洞口廢氣非恒定擴散特點的綜合分析方法，提出測試條件下一系列多因素組合影響下的工況組模擬方案，從而將模擬數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)進行了恰當?shù)谋容^分析，并針對測試模式下不同自然風速、洞內(nèi)外不同溫差、兩洞口不同出口與入口風速等影響因素，系統(tǒng)地探討了相應(yīng)工況組的洞口廢氣的擴散與竄流影響規(guī)律，依據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，還推導(dǎo)預(yù)測了遠期不同運

5、營狀況下相應(yīng)洞口處實際廢氣的最大濃度范圍，最后模擬了相應(yīng)洞口廢氣竄流狀況及出口隧道側(cè)增設(shè)擋風壁后廢氣竄流改善的情況。
　　4、針對洞口結(jié)構(gòu)因素對廢氣竄流程度的影響開展了系統(tǒng)性的數(shù)值分析，首先針對開闊地形的平行隧道洞口從不同橫向洞口間距、不同自然風速以及中間設(shè)置不同尺寸的擋壁等三個角度開展了影響研究，然后探討了平行隧道洞口廢氣竄流影響的相關(guān)性研究，并針對特定橫向洞口凈距，考慮諸如兩洞口位置是否縱向錯開、在洞口段出口隧道側(cè)、入口隧道側(cè)

6、以及兩洞口之間是否有擋壁、以及各擋壁不同的長度與高度等洞口結(jié)構(gòu)因素，采用六因素異水平的正交實驗方案系統(tǒng)性地開展了廢氣竄流影響的模擬研究，最后得出減弱這類隧道廢氣竄流的有利與不利的洞口段土建結(jié)構(gòu)類型建議。
　　相關(guān)的實測數(shù)據(jù)曲線族，為公路隧道洞口廢氣擴散影響研究積累了最直接可靠的資料，其測試分析方案與手段亦為非恒定多因素作用下某物理量的測試與評價提供了切實可行的新思路與新途徑;適宜的洞口廢氣湍射流擴散分析區(qū)域與求解方法為系統(tǒng)性探討提