小间距隧道洞口污染物窜流的研究

发布时间：2020-09-11 09:45

　　 随着我国经济的快速发展,公路建设也蓬勃发展,而隧道作为山区高速公路不可或缺的重要组成部分,其数量和长度也随之快速增长。山岭隧道通风系统不仅能耗巨大,同时还存在设计不合理、设备利用率不高、能源浪费严重等问题,这些问题给通风系统带来更大的能源负担。随着汽车的普及,隧道内的车流量也随之增大,汽车尾气是隧道内空气污染物的主要来源之一,其中含有CO、NO_X、烟雾等有害物质,如果不有效处理,会严重影响隧道内人员的身体健康和行车安全,所以必须在隧道中设置通风系统,排出有害气体,送入新鲜空气,确保隧道内环境的安全性和舒适性。因此,小间距隧道洞口污染物窜流的研究,符合我国节约能源的基本国策,对于我国公路建设特别是隧道建设的持续良性发展具有重要意义。国内现有的关于隧道洞口污染物窜流的研究大部分只局限于单个隧道洞口污染物的扩散以及双洞口公路隧道两洞口间的污染物扩散问题。目前对小间距隧道多洞口的污染物扩散进行的研究很少,并且相关研究没有同时考虑山谷风速、双线间距和上下游间距三种因素的影响,而实际工程中这三种影响因素肯定是同时存在的。目前尚未有学者在同时考虑山谷风速、双线间距和上下游间距三种因素的前提下,对存在四座隧道的小间距隧道洞口的污染物窜流问题进行研究,更未给出相关的计算公式。论文首先总结了国内外隧道通风和洞口污染物窜流的研究状况,介绍了公路隧道通风空气动力学研究理论。本文采用FLUENT软件分析了存在四座隧道的小间距隧道洞口因为间距较小而产生的气流扩散影响问题,包括:(1)上游隧道内排出来的污染物因为来不及扩散,又被吸入下游隧道的问题;(2)相邻隧道的交叉污染问题。采用k-?双方程紊流模型和组分传输方程组,通过计算流体力学软件FLUENT模拟分析了在不同隧道洞口进排风速下,山谷风速、双线间距和上下游间距对小间距隧道洞口污染物窜流的影响规律,并根据模拟得到的数据拟合了横向窜流量和纵向窜流量的计算公式。最后对小间距隧道洞口污染物窜流进行了物理模型试验,结合数值模拟,对小间距隧道洞口污染物窜流现象进行了模型论证和试验分析。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U453.5
【部分图文】：

1.1 研究背景山岭隧道一般均需设置通风系统以满足隧道通风的要求，由于山岭隧道大部分长度较长、规模较大，相应的通风系统规模庞大，这使得通风系统的能耗在隧道运营能耗中占据相当大的比重，其运营费用亦是一笔巨大的开支。因此，对隧道通风系统进行合理设计，实现其经济性和高效性的有机统一，是国内交通运输行业研究领域的一个重要课题。改革开放以来，我国的公路建设高速发展，一条条高速公路通过一座座隧道穿山越岭，为我国经济的高速发展铺平道路。截止 2017 年底，我国共有公路隧道16229 处，总长度 1528.51 万米，其中长隧道和特长隧道各有 3841 处和 902 处，总长度分别达到 659.93 万米和 401.32 万米[1]。山岭隧道数量的快速增长和长度的迅速增加，也对隧道通风系统的通风能力提出了更高的要求。

（b）计算模型平面示意图（b）Plane sketch of computational model图 2-1 计算模型示意图Figure 2-1. Sketch of computational model下，本文以隧道洞口 2-2 为研究对象，以 CO 相2 内 30 m 处的 CO 平均浓度相对于单个隧道出百分数为主要参数，研究从排风洞口 4-4 和 1- ，从排风洞口 4-4 到进风洞口 2-2 的污染物横风洞口 2-2 的污染物纵向窜流量s 在不同隧道间距和上下游间距的变化规律。条件为：隧道进出口内 30 m 处和山谷风入口设向隧道外，隧道进口速度方向指向隧道内。山气空间区域边界设为自由边界。采用一阶迎风

图 2-3 网格无关性验证结果图Figure 2-3. Mesh independence verification result graph网格划分图如图 2-2 所示，采用六面体网格进行划分，取隧道洞口进排风速 V=4 m/s，山谷风速 v=3 m/s 最大的上下游间距 S=60 m 的工况进行分析，当网果的变化已经非常小，不超过 1%，如图 2-3 所示。时提高计算效率，在对模型进行网格划分时将网格数表 2-1 小间距隧道洞口污染物窜流数值模拟工况he condition of numerical simulation of pollutant crossflowclosely-spaced tunnel参数 变化量线间距H（m） 12，20，30，40，50游间距S（m） 20，30，40，50，60

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本文编号：2816521