公路隧道洞口廢氣擴(kuò)散形態(tài)與竄流影響研究.pdf

1、隨著我國(guó)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(kuò)散與竄流問題因其對(duì)隧道營(yíng)運(yùn)通風(fēng)及對(duì)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(xiàng)目“公路隧道智能聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)研究”與國(guó)家杰出青年基金項(xiàng)目“長(zhǎng)大交通隧道建設(shè)與營(yíng)運(yùn)關(guān)鍵科學(xué)問題”等科研項(xiàng)目，采用廣泛調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(kuò)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(diǎn)，提出了基于極值的濃度場(chǎng)測(cè)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(kuò)散的全場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，并將全自動(dòng)煙氣分析儀成功應(yīng)用于中梁山隧道不同測(cè)點(diǎn)的同步實(shí)測(cè)中，獲得了多種運(yùn)營(yíng)工況、不同洞口地形條件下公路隧道實(shí)際運(yùn)營(yíng)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(shí)測(cè)的濃度-時(shí)刻曲線簇，并以此為

3、基礎(chǔ)，分析了公路隧道洞口廢氣擴(kuò)散規(guī)律，其擴(kuò)散特征符合流體流動(dòng)擴(kuò)散傳輸規(guī)律、且兩種測(cè)試方案其測(cè)試結(jié)果的一致性，印證了基于極值的濃度場(chǎng)測(cè)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(kuò)散進(jìn)入環(huán)境大氣的出流特點(diǎn)，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(kuò)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(kuò)散傳輸?shù)娜?/p>

4、維微分?jǐn)?shù)學(xué)模型組與適宜的求解方法。
　　3、將基于極值的濃度場(chǎng)測(cè)試分析的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(kuò)散特點(diǎn)的綜合分析方法，提出測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)谋容^分析，并針對(duì)測(cè)試模式下不同自然風(fēng)速、洞內(nèi)外不同溫差、兩洞口不同出口與入口風(fēng)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(kuò)散與竄流影響規(guī)律，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，還推導(dǎo)預(yù)測(cè)了遠(yuǎn)期不同運(yùn)

5、營(yíng)狀況下相應(yīng)洞口處實(shí)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(fēng)壁后廢氣竄流改善的情況。
　　4、針對(duì)洞口結(jié)構(gòu)因素對(duì)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(duì)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(fēng)速以及中間設(shè)置不同尺寸的擋壁等三個(gè)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(duì)特定橫向洞口凈距，考慮諸如兩洞口位置是否縱向錯(cuò)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線族，為公路隧道洞口廢氣擴(kuò)散影響研究積累了最直接可靠的資料，其測(cè)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(cè)試與評(píng)價(jià)提供了切實(shí)可行的新思路與新途徑;適宜的洞口廢氣湍射流擴(kuò)散分析區(qū)域與求解方法為系統(tǒng)性探討提