开元隧道机动车尾气污染物及火灾烟气扩散的数值模拟研究
发布时间：2021-01-27 15:18
近年来,随着城市现代化建设节奏的不断推进,城市交通拥堵成为普遍现象,越来越多的城市开始修建市内隧道来改善城市的交通问题。隧道因其特殊的建筑结构,内部的污染物不易扩散,其浓度一旦达到一定数量就会对穿行的人员身心健康产生威胁。济南市旅游路每日进出城交通量非常大,其中开元隧道作为旅游路的“咽喉”在高峰期经常发生拥堵,造成隧道内污染物浓度骤升、事故率增大,存在安全隐患。本论文以具有代表性的济南市开元隧道为例,采用数值模拟方法,阐明了在不同车型行驶和不同通行条件下隧道内的污染物扩散规律。论文的研究结果对一般隧道的交通运营和隧道内突发事故的应急处理具有重要参考价值。首先通过对比课题组风洞试验所得厢式货车阻力系数与数值模拟结果,对本文数值方法可行性进行验证。对开元隧道内的车辆行驶进行数值模拟研究,发现隧道内行人受到最外侧车道上行驶的中大型车辆影响较大,几乎不受小轿车行驶带来的影响,因此建议适当减少最外侧车道上的中大型车辆数。此外分析了机动车尾气污染物中的CO在隧道内的扩散规律。与非隧道环境相比,隧道壁面的存在阻碍了横向空气流动对CO的稀释,隧道内CO的浓度比隧道外的要高60PPM;隧道内的CO浓度已...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状及发展动态
1.2.1 隧道内通风及机动车尾气污染物扩散研究现状
1.2.2 隧道内火灾烟气污染物扩散研究现状
1.3 研究方法
1.3.1 机动车尾气污染物扩散常用研究方法
1.3.2 隧道通风常用研究方法
1.3.3 隧道火灾常用研究方法
1.3.4 本文采用的研究方法及技术路线
1.4 课题研究的内容
第二章 物理模型与数值模拟理论基础
2.1 研究对象的物理模型
2.1.1 小轿车
2.1.2 厢式货车
2.1.3 公交车
2.1.4 隧道及风机
2.2 数值模拟理论基础
2.2.1 条件假设及流体流动控制方程
2.2.2 污染物扩散方程
2.3 动网格技术
2.3.1 运动方式的描述
2.3.2 网格的更新
2.4 火灾模拟中参数的设定
2.5 本章小结
第三章 隧道内机动车尾气污染物扩散数值模拟
3.1 机动车稳态数值模拟
3.1.1 几何模型
3.1.2 计算域及网格划分
3.1.3 边界条件设置及数值计算方法
3.1.4 模拟结果与试验数据对比
3.2 机动车瞬态数值模拟
3.2.1 网格划分及计算域
3.2.2 边界条件及网格设置
3.2.3 数值计算结果分析
3.3 开元隧道内部机动车尾气污染物扩散数值模拟
3.3.1 隧道断面模型
3.3.2 数值模拟研究对象模型及网格划分
3.3.3 边界条件及数值计算方法
3.3.4 数值计算结果
3.4 开元隧道中段人员CO吸入量的研究
3.4.1 隧道环境非机动车道CO浓度的数值模拟结果
3.4.2 非隧道环境中路测行人CO吸入量的模拟
3.5 本章小结
第四章 开元隧道通风模拟及优化
4.1 隧道通风计算
4.1.1 隧道中污染物的设计限值
4.1.2 污染物浓度的设计计算
4.1.3 开元隧道需风量的计算
4.2 隧道内污染物浓度实测及评价
4.2.1 实测数据
4.2.2 评价
4.3 隧道内通风数值模拟
4.3.1 隧道通风模型及设置
4.3.2 入口曲线段模拟
4.3.3 出口直线段模拟
4.4 拥堵工况下隧道出口污染物浓度模拟
4.4.1 出口处拥堵排队车辆设置
4.4.2 拥堵时风机关闭
4.4.3 拥堵后风机开启
4.5 本章小结
第五章 开元隧道火灾模拟
5.1 隧道火灾发生概率及其特性
5.1.1 开元隧道发生火灾的概率
5.1.2 隧道火灾特点
5.2 火灾数值模拟方法及验证
5.2.1 几何模型
5.2.2 计算网格及边界条件
5.2.3 数值计算方法验证
5.3 不同火灾状况的模拟
5.3.1 曲线段隧道火灾烟气扩散特征
5.3.2 直线段隧道临界风速数值计算
5.4 隧道发生火灾时人员逃生研究
5.4.1 人员逃生时间的确定
5.4.2 人体对烟气温度的忍耐
5.4.3 不同规模的火灾发生时人员逃生安全受威胁程度分析
5.5 本章小结
第六章 结论及展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑人员逃生公路隧道火灾控制风速研究[J]. 王星,师江涛,柴伦磊,韩兴博,胡强. 地下空间与工程学报. 2019(01)
[2]长大地铁区间隧道火灾可用安全疏散时间算法研究及应用[J]. 田峰,王海桥,朱祝龙,陈世强,黄俊歆. 隧道建设(中英文). 2019(01)
[3]地下交通联系隧道通风量分区计算方法[J]. 倪龙,陈港,李文倬,姚杨,王文静,刘可以. 暖通空调. 2018(07)
[4]基于IVE模型和大数据分析的杭州市道路移动源主要温室气体排放清单研究[J]. 唐伟,何平,杨强,卢清,郑思伟,夏阳,井宝莉,卢滨,黄成,鲁君. 环境科学学报. 2018(04)
[5]公路隧道内运动汽车尾气污染扩散数值仿真研究[J]. 张金贵,贾德生,张东省,王博. 环境监测管理与技术. 2017(01)
[6]公路隧道发生火灾时CO浓度分布及人员逃生模拟[J]. 郭浩,杨洪海,张阳,崔兴华. 消防科学与技术. 2016(05)
[7]隧道汽车火灾数值模拟边界条件设置研究[J]. 华高英,李磊,杨柱,李乐. 暖通空调. 2014(11)
[8]公路隧道火灾通风数值模拟分析及逃生研究[J]. 史晓燕,尹其畅,房楠. 物联网技术. 2014(06)
[9]城市隧道内污染物控制标准和通风设计研究[J]. 邓欣. 公路交通技术. 2012(05)
[10]地铁区间隧道火灾自然排烟的数值分析[J]. 朱常琳,高明亮. 都市快轨交通. 2012(03)
博士论文
[1]长大隧道与复杂地下工程施工通风特性及关键技术研究[D]. 曹正卯.西南交通大学 2016
[2]狭长空间油池火燃烧特性的实验与数值模拟研究[D]. 赵威风.中国科学技术大学 2013
[3]特定运动状态下车辆瞬态空气动力学特性的研究[D]. 李莉.山东大学 2010
[4]长隧道火灾湍流燃烧模拟及结构防火安全研究[D]. 吴珂.浙江大学 2008
[5]隧道火灾烟气蔓延的热物理特性研究[D]. 胡隆华.中国科学技术大学 2006
[6]城市交通大气环境影响评价及预测技术研究[D]. 李铁柱.东南大学 2001
[7]汽车排气后处理装置工作过程数值模拟[D]. 刘军.江苏大学 2002
硕士论文
[1]基于IPCC-LEAP模型的陕西省区域低碳评价及研究[D]. 韩雪莹.西安工业大学 2018
[2]基于MOVES模型的深圳市机动车排放清单研究[D]. 曹杨.哈尔滨工业大学 2018
[3]侧风环境中车辆出隧道过程的气动特性研究[D]. 苑修乐.山东大学 2016
[4]城市隧道口机动车污染物扩散特性的数值模拟研究[D]. 岳宗蕊.山东师范大学 2015
[5]公路隧道拥堵条件下火灾危险性数值模拟研究[D]. 曹雅婷.安徽理工大学 2015
[6]有毒有害气体公路隧道射流巷道式施工通风技术研究[D]. 彭佩.西南交通大学 2014
[7]城市隧道污染物扩散模型构建与模拟分析[D]. 何成.西南交通大学 2014
[8]公路长隧道双洞互补式网络通风方案研究[D]. 张彦晓.长安大学 2011
[9]长三角地区大气污染物排放清单研究[D]. 吴晓璐.复旦大学 2009
[10]小半径曲线隧道火灾事故通风数值模拟研究[D]. 何佳.中南大学 2008
本文编号：3003277
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状及发展动态
1.2.1 隧道内通风及机动车尾气污染物扩散研究现状
1.2.2 隧道内火灾烟气污染物扩散研究现状
1.3 研究方法
1.3.1 机动车尾气污染物扩散常用研究方法
1.3.2 隧道通风常用研究方法
1.3.3 隧道火灾常用研究方法
1.3.4 本文采用的研究方法及技术路线
1.4 课题研究的内容
第二章 物理模型与数值模拟理论基础
2.1 研究对象的物理模型
2.1.1 小轿车
2.1.2 厢式货车
2.1.3 公交车
2.1.4 隧道及风机
2.2 数值模拟理论基础
2.2.1 条件假设及流体流动控制方程
2.2.2 污染物扩散方程
2.3 动网格技术
2.3.1 运动方式的描述
2.3.2 网格的更新
2.4 火灾模拟中参数的设定
2.5 本章小结
第三章 隧道内机动车尾气污染物扩散数值模拟
3.1 机动车稳态数值模拟
3.1.1 几何模型
3.1.2 计算域及网格划分
3.1.3 边界条件设置及数值计算方法
3.1.4 模拟结果与试验数据对比
3.2 机动车瞬态数值模拟
3.2.1 网格划分及计算域
3.2.2 边界条件及网格设置
3.2.3 数值计算结果分析
3.3 开元隧道内部机动车尾气污染物扩散数值模拟
3.3.1 隧道断面模型
3.3.2 数值模拟研究对象模型及网格划分
3.3.3 边界条件及数值计算方法
3.3.4 数值计算结果
3.4 开元隧道中段人员CO吸入量的研究
3.4.1 隧道环境非机动车道CO浓度的数值模拟结果
3.4.2 非隧道环境中路测行人CO吸入量的模拟
3.5 本章小结
第四章 开元隧道通风模拟及优化
4.1 隧道通风计算
4.1.1 隧道中污染物的设计限值
4.1.2 污染物浓度的设计计算
4.1.3 开元隧道需风量的计算
4.2 隧道内污染物浓度实测及评价
4.2.1 实测数据
4.2.2 评价
4.3 隧道内通风数值模拟
4.3.1 隧道通风模型及设置
4.3.2 入口曲线段模拟
4.3.3 出口直线段模拟
4.4 拥堵工况下隧道出口污染物浓度模拟
4.4.1 出口处拥堵排队车辆设置
4.4.2 拥堵时风机关闭
4.4.3 拥堵后风机开启
4.5 本章小结
第五章 开元隧道火灾模拟
5.1 隧道火灾发生概率及其特性
5.1.1 开元隧道发生火灾的概率
5.1.2 隧道火灾特点
5.2 火灾数值模拟方法及验证
5.2.1 几何模型
5.2.2 计算网格及边界条件
5.2.3 数值计算方法验证
5.3 不同火灾状况的模拟
5.3.1 曲线段隧道火灾烟气扩散特征
5.3.2 直线段隧道临界风速数值计算
5.4 隧道发生火灾时人员逃生研究
5.4.1 人员逃生时间的确定
5.4.2 人体对烟气温度的忍耐
5.4.3 不同规模的火灾发生时人员逃生安全受威胁程度分析
5.5 本章小结
第六章 结论及展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑人员逃生公路隧道火灾控制风速研究[J]. 王星,师江涛,柴伦磊,韩兴博,胡强. 地下空间与工程学报. 2019(01)
[2]长大地铁区间隧道火灾可用安全疏散时间算法研究及应用[J]. 田峰,王海桥,朱祝龙,陈世强,黄俊歆. 隧道建设(中英文). 2019(01)
[3]地下交通联系隧道通风量分区计算方法[J]. 倪龙,陈港,李文倬,姚杨,王文静,刘可以. 暖通空调. 2018(07)
[4]基于IVE模型和大数据分析的杭州市道路移动源主要温室气体排放清单研究[J]. 唐伟,何平,杨强,卢清,郑思伟,夏阳,井宝莉,卢滨,黄成,鲁君. 环境科学学报. 2018(04)
[5]公路隧道内运动汽车尾气污染扩散数值仿真研究[J]. 张金贵,贾德生,张东省,王博. 环境监测管理与技术. 2017(01)
[6]公路隧道发生火灾时CO浓度分布及人员逃生模拟[J]. 郭浩,杨洪海,张阳,崔兴华. 消防科学与技术. 2016(05)
[7]隧道汽车火灾数值模拟边界条件设置研究[J]. 华高英,李磊,杨柱,李乐. 暖通空调. 2014(11)
[8]公路隧道火灾通风数值模拟分析及逃生研究[J]. 史晓燕,尹其畅,房楠. 物联网技术. 2014(06)
[9]城市隧道内污染物控制标准和通风设计研究[J]. 邓欣. 公路交通技术. 2012(05)
[10]地铁区间隧道火灾自然排烟的数值分析[J]. 朱常琳,高明亮. 都市快轨交通. 2012(03)
博士论文
[1]长大隧道与复杂地下工程施工通风特性及关键技术研究[D]. 曹正卯.西南交通大学 2016
[2]狭长空间油池火燃烧特性的实验与数值模拟研究[D]. 赵威风.中国科学技术大学 2013
[3]特定运动状态下车辆瞬态空气动力学特性的研究[D]. 李莉.山东大学 2010
[4]长隧道火灾湍流燃烧模拟及结构防火安全研究[D]. 吴珂.浙江大学 2008
[5]隧道火灾烟气蔓延的热物理特性研究[D]. 胡隆华.中国科学技术大学 2006
[6]城市交通大气环境影响评价及预测技术研究[D]. 李铁柱.东南大学 2001
[7]汽车排气后处理装置工作过程数值模拟[D]. 刘军.江苏大学 2002
硕士论文
[1]基于IPCC-LEAP模型的陕西省区域低碳评价及研究[D]. 韩雪莹.西安工业大学 2018
[2]基于MOVES模型的深圳市机动车排放清单研究[D]. 曹杨.哈尔滨工业大学 2018
[3]侧风环境中车辆出隧道过程的气动特性研究[D]. 苑修乐.山东大学 2016
[4]城市隧道口机动车污染物扩散特性的数值模拟研究[D]. 岳宗蕊.山东师范大学 2015
[5]公路隧道拥堵条件下火灾危险性数值模拟研究[D]. 曹雅婷.安徽理工大学 2015
[6]有毒有害气体公路隧道射流巷道式施工通风技术研究[D]. 彭佩.西南交通大学 2014
[7]城市隧道污染物扩散模型构建与模拟分析[D]. 何成.西南交通大学 2014
[8]公路长隧道双洞互补式网络通风方案研究[D]. 张彦晓.长安大学 2011
[9]长三角地区大气污染物排放清单研究[D]. 吴晓璐.复旦大学 2009
[10]小半径曲线隧道火灾事故通风数值模拟研究[D]. 何佳.中南大学 2008
本文编号：3003277
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