公路隧道復雜通風方式物模試驗的適用性研究及其工程應用.pdf

1、特長公路隧道的運營通風和火災狀態(tài)下的通風救援是國內外高度關注的問題，設計研究通常采用基于流體力學的數(shù)值仿真計算與物理模型試驗。公路隧道通風物理模型試驗，以流動相似理論為基礎建立縮尺模型，通過試驗獲得隧道內風速場與壓力場的分布規(guī)律。因其可以描述復雜通風方式下隧道內、風道內的復雜流動現(xiàn)象，彌補了數(shù)值方法中由流動方程的局限性引起的不足，成為論證和優(yōu)化公路隧道通風方案的重要手段。然而，在復雜通風方式中，隧道內風流組織形式復雜，流動相似準則與自模

2、區(qū)理論是否適用于公路隧道復雜通風方式的物理模型試驗尚沒有得到很好的試驗驗證。論文依托港珠澳大橋海底隧道與甘肅安遠隧道通風的工程要求，首先在隧道通風物理模型試驗適用性研究的基礎上，對其工程應用進行了試驗研究。
　　 1.根據(jù)流動相似理論，以納維.斯托克斯(Nacier-Stokes)方程為基礎，推導隧道通風物理模型試驗相似準則——雷諾相似準則。在雷諾相似準則條件下，依據(jù)尼古拉茲試驗確定隧道通風物理模型自模區(qū)的試驗方法，當隧道模型各

3、通風段沿程阻力系數(shù)不再隨模型內風速的變化而變化時，隧道模型進入自模區(qū)，隧道模型進入自模區(qū)的最小風速為該模型的臨界風速。
　　 2.針對隧道排風式半橫向通風方式與隧道豎（斜）井送排組合縱向通風方式，分析不同隧道通風方式下隧道內風流組織形式，將模型相似比尺C=Dp/Dm帶入風流組織分析方程中進行推導，論證了當模型內流動進入自模區(qū)后，相似理論在公路隧道通風物理模型試驗中是適用的。
　　 3.以雷諾相似準則與模型自模區(qū)理論為基礎

4、，設計制作了模型率為1∶9的排風式半橫向通風方式物理模型試驗系統(tǒng)與模型率為1∶22.5豎（斜）井送排組合縱向通風方式物理模型試驗系統(tǒng)；且通過試驗確定了排風式半橫向通風物理模型與豎（斜）井送排組合縱向通風方式物理模型進入自模區(qū)的臨界風速分別為1.75m/s、2.6m/s。
　　 4.依托秦嶺終南山特長公路隧道現(xiàn)場測試試驗，建立數(shù)值仿真模型，將數(shù)值仿真計算結果與現(xiàn)場測試結果對比，說明同一邊界條件下，當數(shù)值仿真模型沿程阻力系數(shù)與隧道實

5、際沿程阻力系數(shù)一致時，公路隧道通風數(shù)值仿真計算結果是可靠的。
　　 5.在模型內流動進入自模區(qū)的前提下，測試排風式半橫向通風方式物理模型與豎（斜）井送排組合縱向通風方式物理模型各測試段的等效沿程阻力系數(shù)，將模型各測試段等效沿程阻力系數(shù)與隧道實際沿程阻力系數(shù)對比，并將模型試驗結果與原型數(shù)值仿真計算結果對比，論證了排風式半橫向通風方式物理模型與豎（斜）井送排組合縱向通風方式理模型的適用性條件。
　　 6.對隧道排風式半橫向通

6、風方式進行物理模型試驗與數(shù)值仿真，研究了風孔開啟數(shù)量及風孔開啟位置對隧道內風速場、壓力場分布的影響。通過將數(shù)值仿真結果、風流組織分析結果與物理模型試驗結果對比分析，驗證了數(shù)值仿真結果的可靠性與風流組織方程的合理性。
　　 7.對豎（斜）井送排組合縱向通風方式進行物理模型試驗與數(shù)值仿真，研究了短道在隧道中的相對位置、隧道長度以及送排風量比例等因素對短道流態(tài)的影響。通過將數(shù)值仿真結果、風流組織分析結果與物理模型試驗結果對比分析，驗證