公路隧道復(fù)雜通風(fēng)方式物模試驗的適用性研究及其工程應(yīng)用.pdf

1、特長公路隧道的運(yùn)營通風(fēng)和火災(zāi)狀態(tài)下的通風(fēng)救援是國內(nèi)外高度關(guān)注的問題，設(shè)計研究通常采用基于流體力學(xué)的數(shù)值仿真計算與物理模型試驗。公路隧道通風(fēng)物理模型試驗，以流動相似理論為基礎(chǔ)建立縮尺模型，通過試驗獲得隧道內(nèi)風(fēng)速場與壓力場的分布規(guī)律。因其可以描述復(fù)雜通風(fēng)方式下隧道內(nèi)、風(fēng)道內(nèi)的復(fù)雜流動現(xiàn)象，彌補(bǔ)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(fēng)方案的重要手段。然而，在復(fù)雜通風(fēng)方式中，隧道內(nèi)風(fēng)流組織形式復(fù)雜，流動相似準(zhǔn)則與自模

2、區(qū)理論是否適用于公路隧道復(fù)雜通風(fēng)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(yuǎn)隧道通風(fēng)的工程要求，首先在隧道通風(fēng)物理模型試驗適用性研究的基礎(chǔ)上，對其工程應(yīng)用進(jìn)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(chǔ)，推導(dǎo)隧道通風(fēng)物理模型試驗相似準(zhǔn)則——雷諾相似準(zhǔn)則。在雷諾相似準(zhǔn)則條件下，依據(jù)尼古拉茲試驗確定隧道通風(fēng)物理模型自模區(qū)的試驗方法，當(dāng)隧道模型各

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

4、，設(shè)計制作了模型率為1∶9的排風(fēng)式半橫向通風(fēng)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(fēng)方式物理模型試驗系統(tǒng)；且通過試驗確定了排風(fēng)式半橫向通風(fēng)物理模型與豎（斜）井送排組合縱向通風(fēng)方式物理模型進(jìn)入自模區(qū)的臨界風(fēng)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(jié)果與現(xiàn)場測試結(jié)果對比，說明同一邊界條件下，當(dāng)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(fēng)數(shù)值仿真計算結(jié)果是可靠的。
　　 5.在模型內(nèi)流動進(jìn)入自模區(qū)的前提下，測試排風(fēng)式半橫向通風(fēng)方式物理模型與豎（斜）井送排組合縱向通風(fēng)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(jié)果與原型數(shù)值仿真計算結(jié)果對比，論證了排風(fēng)式半橫向通風(fēng)方式物理模型與豎（斜）井送排組合縱向通風(fēng)方式理模型的適用性條件。
　　 6.對隧道排風(fēng)式半橫向通

6、風(fēng)方式進(jìn)行物理模型試驗與數(shù)值仿真，研究了風(fēng)孔開啟數(shù)量及風(fēng)孔開啟位置對隧道內(nèi)風(fēng)速場、壓力場分布的影響。通過將數(shù)值仿真結(jié)果、風(fēng)流組織分析結(jié)果與物理模型試驗結(jié)果對比分析，驗證了數(shù)值仿真結(jié)果的可靠性與風(fēng)流組織方程的合理性。
　　 7.對豎（斜）井送排組合縱向通風(fēng)方式進(jìn)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(fēng)量比例等因素對短道流態(tài)的影響。通過將數(shù)值仿真結(jié)果、風(fēng)流組織分析結(jié)果與物理模型試驗結(jié)果對比分析，驗證