長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)使長度不再是通風(fēng)的主要限制因素，縱向通風(fēng)越來越頻繁地運用于長大公路隧道通風(fēng)當(dāng)中。公路隧道通風(fēng)設(shè)施的費用在長大隧道甚至可達50％。對長大隧道內(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隧道專業(yè)人員十分關(guān)注的研究課題。合理經(jīng)濟地采用長大隧道通風(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，隨著計算機的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)值求解的能力越來越高，為直接以理論流體力學(xué)計算氣流組織創(chuàng)造了條件?！坝嬎懔黧w動力學(xué)”(CFD, Computational Fluid Dynamics) 是伴隨著計算機的出現(xiàn)而興起的一門新科學(xué)，因此利用CFD方法對氣流組織進行數(shù)值模擬方興未艾。 本文利用FLUENT與FDS軟件，以計算流體力學(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)用計算流體動力學(xué)的理論和方法模擬隧道通風(fēng)空

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

4、隧道空氣流速、風(fēng)機出口風(fēng)速、安裝高度、風(fēng)機間距對風(fēng)機綜合影響系數(shù)K的變化規(guī)律。引入公開免費軟件火災(zāi)動態(tài)模擬FDS（Fire Dynamics Simulator）對豎井附近的火災(zāi)溫度分布情況和煙氣流動規(guī)律進行了模擬計算。結(jié)果表明，入口射流主風(fēng)機對隧道各段的影響最為顯著，送風(fēng)機的升壓影響大于排風(fēng)機。射流風(fēng)機的綜合影響系數(shù)隨隧道空氣流速變大而減小，隨射流風(fēng)機的出口風(fēng)速、同組射流風(fēng)機的橫向距離、安裝高度的變大而增大。進一步驗證了火災(zāi)工況下的臨