考慮熱交換的大型深埋引水隧洞施工通風(fēng)模擬.pdf

1、大型深埋引水隧洞工程水文地質(zhì)條件復(fù)雜,施工通風(fēng)距離長(zhǎng)、難度大、組織管理困難。傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)通常只研究施工高峰強(qiáng)度下的設(shè)備配置,而沒有考慮風(fēng)量需求的時(shí)變性和動(dòng)態(tài)性以及深埋長(zhǎng)隧洞儲(chǔ)熱作用對(duì)通風(fēng)效果的影響,可能造成資源浪費(fèi)、通風(fēng)效果差等問題。因此,大型深埋引水隧洞施工通風(fēng)研究具有重要的理論意義和很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　針對(duì)大型深埋引水隧洞施工通風(fēng)中存在的具有挑戰(zhàn)性、亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題:深埋長(zhǎng)隧洞的儲(chǔ)熱作用所導(dǎo)致的通風(fēng)散煙困難問題、

2、施工通風(fēng)兩相流模擬的復(fù)雜性問題和長(zhǎng)風(fēng)管系統(tǒng)的沿程漏風(fēng)問題,本文根據(jù)施工通風(fēng)氣固兩相間力學(xué)特性、熱力特性及擴(kuò)散運(yùn)移特性,建立了綜合考慮氣固熱交換、塵粒間相互耦合作用和沿程漏風(fēng)影響的大型深埋引水隧洞施工通風(fēng)氣固兩相流Euler-Lagrange紊流模型,并運(yùn)用PISO算法對(duì)其進(jìn)行求解。
　　通過與錦屏二級(jí)水電站4＃引水隧洞的通風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,驗(yàn)證了深埋引水隧洞施工通風(fēng)數(shù)學(xué)模型的可靠性;同時(shí),進(jìn)行了網(wǎng)格靈敏性分析,得到了合理的

3、網(wǎng)格劃分方案;結(jié)合某水利水電深埋引水隧洞工程,運(yùn)用系統(tǒng)考慮氣固熱交換、塵粒間相互耦合作用和沿程漏風(fēng)影響的引水隧洞施工通風(fēng)氣固兩相流Euler-Lagrange紊流模型進(jìn)行了施工通風(fēng)動(dòng)態(tài)模擬,模擬結(jié)果表明:
　　(1)風(fēng)流在風(fēng)管出口處形成受限紊動(dòng)射流,其風(fēng)流結(jié)構(gòu)可分為射流區(qū)、貼附射流區(qū)、回流區(qū)和渦流區(qū);射流風(fēng)速沿程逐漸衰減,射流斷面半徑先增大后減小;工作面區(qū)域的風(fēng)流縱向速度隨著z值的增加而增大。隨著距隧洞出口距離的增加,風(fēng)管漏風(fēng)率和

4、風(fēng)量均沿程逐漸減小。
　　(2)隨著通風(fēng)時(shí)間的增加,隧洞內(nèi)的空氣以及空氣和隧洞壁面之間進(jìn)行強(qiáng)烈的對(duì)流熱交換,工作面的溫度逐漸下降;當(dāng)施工通風(fēng)30min時(shí),通風(fēng)降溫基本達(dá)到施工要求。
　　(3)隧洞表面的換熱系數(shù)隨著通風(fēng)時(shí)間的增加先增大后趨于穩(wěn)定值,工作面換熱系數(shù)最大。工作面的換熱系數(shù)呈由斷面中心向洞壁四周逐漸減小趨勢(shì),而其余斷面的換熱系數(shù)分布與之相反。通過與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的對(duì)比分析,驗(yàn)證了采用溫度壁面函數(shù)法求解深埋長(zhǎng)隧洞的換