橫通道對公路隧道互補式通風的影響數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、隨著我國交通行業(yè)的快速發(fā)展，已建成公路隧道數(shù)量和長度均日益增大，我國已步入世界上隧道數(shù)量最多、地形工況最復雜、發(fā)展速度最快的國家行列。與此同時，高昂的隧道運營、維護費用以及不斷出現(xiàn)的隧道事故，愈發(fā)引起了國內(nèi)外研究人員對隧道通風問題的關(guān)注。研究表明，公路隧道機械通風所需的費用與隧道長度的三次方成正比，因此如何選用合適的隧道通風方式顯得尤為重要。
　　由于公路隧道修建時考慮地質(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、坡行駛時排放的污染物濃度的不同導致了雙洞隧道中左右線需風量的差異。針對這種情況，國內(nèi)外學者提出的空氣互換式通風理論開始逐漸應用于新修建的雙洞單向公路隧道。本文基于國內(nèi)外關(guān)于互補式通風系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，依托福建廈門某隧道為原型，主要展開來以下方面的研究。
　　理論計算方面，本文通過對中遠期車流量的預測及需風量的計算得出了該隧道通風設計的方案，論證了互補式通風系統(tǒng)在公路隧道通風中的適用性。研究表明:在中遠期通過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，僅依靠自然風和車輛交通風配合互補式通風網(wǎng)絡即可滿足隧道正常工況下的運營通風要求。
　　物理模型試驗方面，基于相似理論搭建的隧道物理試驗模型，在隧道口設置射流風機來模擬車輛行駛的交通風，測試了正常工況下不同位置處斷面的速度場分布情況;并通過模型隧道內(nèi)油盤燃燒試驗來測試了隧道內(nèi)火災工況下煙氣濃度場分布情況，對模型試驗的結(jié)果以及誤差產(chǎn)生的原因進行了分析說明;模型試驗結(jié)論對比驗證了隧道通風

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，運用FLUENT數(shù)值模擬軟件建立了公路隧道通風三維數(shù)值模型，主要模擬了正常工況下橫通道數(shù)量對隧道內(nèi)空氣流速的影響，同時基于車輛排放污染物設置了“點源”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;通過建立火災燃燒模型，在火災工況下設定固定火災熱釋放率研究了橫通道開閉工況下對煙氣濃度場和溫度場分布情況的影響。通過對模擬結(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，增設的橫通道對隧道內(nèi)氣體流速沒有明顯改變，對互補式通風系統(tǒng)的換氣作用不明顯。同時由于中間增設的橫通道內(nèi)部氣流速度過慢而導致了CO濃度過高的問題，不利于橫通道內(nèi)人員和車輛的活動。
　　2)火災工況下橫通道的開閉對隧道內(nèi)煙氣濃度場和溫度場的影響較為明顯，當橫通道開啟時左線隧道行車的活塞風通過橫通道進入右線隧道內(nèi)，增大了煙氣擴散的速率，減小了隧道內(nèi)煙氣濃度質(zhì)量百分比。同時，橫通道開啟后隧道中人員活動區(qū)