長(zhǎng)大公路隧道縱向通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)值模擬.pdf

1、現(xiàn)代新的通風(fēng)技術(shù)使長(zhǎng)度不再是通風(fēng)的主要限制因素，縱向通風(fēng)越來(lái)越頻繁地運(yùn)用于長(zhǎng)大公路隧道通風(fēng)當(dāng)中。公路隧道通風(fēng)設(shè)施的費(fèi)用在長(zhǎng)大隧道甚至可達(dá)50％。對(duì)長(zhǎng)大隧道內(nèi)的空氣流速與壓力分布、污染物濃度及通風(fēng)防災(zāi)的研究因此成為各國(guó)隧道專業(yè)人員十分關(guān)注的研究課題。合理經(jīng)濟(jì)地采用長(zhǎng)大隧道通風(fēng)方案，控制隧道內(nèi)污染物煙氣濃度，保證隧道正常通風(fēng)及火災(zāi)排煙，對(duì)現(xiàn)代隧道通風(fēng)技術(shù)有著重要的意義。 由于隧道空氣分布受到諸多因素的影響，故揭示其規(guī)律比較困難。近年

2、來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)值求解的能力越來(lái)越高，為直接以理論流體力學(xué)計(jì)算氣流組織創(chuàng)造了條件。“計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)”(CFD, Computational Fluid Dynamics) 是伴隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而興起的一門新科學(xué)，因此利用CFD方法對(duì)氣流組織進(jìn)行數(shù)值模擬方興未艾。 本文利用FLUENT與FDS軟件，以計(jì)算流體力學(xué)和傳熱學(xué)為基礎(chǔ)，建立了隧道通風(fēng)全局的二維模型和局部的三維模型。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的理論和方法模擬隧道通風(fēng)空

3、氣的紊流流動(dòng)，在對(duì)物理模型和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析和假設(shè)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用K-ε模型與SIMPLE方法對(duì)隧道內(nèi)氣流組織進(jìn)行了二維及三維數(shù)值模擬，邊界條件采用K-ε模型結(jié)合壁面函數(shù)的方法進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)紊流及其模型、方程離散、方程組的耦合聯(lián)立求解以及SIMPLE算法等數(shù)值計(jì)算等問(wèn)題進(jìn)行了論述。在二維模擬中以雪峰山隧道為數(shù)值模型，計(jì)算得出隧道主風(fēng)機(jī)及兩組四臺(tái)送排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化對(duì)隧道內(nèi)流場(chǎng)的影響。在三維模擬中著眼于風(fēng)機(jī)的綜合性能影響因素的考察，得出

4、隧道空氣流速、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速、安裝高度、風(fēng)機(jī)間距對(duì)風(fēng)機(jī)綜合影響系數(shù)K的變化規(guī)律。引入公開(kāi)免費(fèi)軟件火災(zāi)動(dòng)態(tài)模擬FDS（Fire Dynamics Simulator）對(duì)豎井附近的火災(zāi)溫度分布情況和煙氣流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果表明，入口射流主風(fēng)機(jī)對(duì)隧道各段的影響最為顯著，送風(fēng)機(jī)的升壓影響大于排風(fēng)機(jī)。射流風(fēng)機(jī)的綜合影響系數(shù)隨隧道空氣流速變大而減小，隨射流風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)速、同組射流風(fēng)機(jī)的橫向距離、安裝高度的變大而增大。進(jìn)一步驗(yàn)證了火災(zāi)工況下的臨