公路隧道温度对射流通风系统设计参数及速度场的影响

发布时间：2017-07-31 07:42

  本文关键词：公路隧道温度对射流通风系统设计参数及速度场的影响

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【摘要】：纵向射流通风技术因其系统简单、调控方便、费用较少等优点成为长、大公路隧道通风的主流方式,但由于射流特性及风机布局的影响,该通风方式的通风效率较低,目前该技术研究的重点是如何提高通风效率。本文以厦门莲花隧道为依托,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,对公路隧道射流通风系统在温度等相关参数影响下的速度场和风机设计参数进行研究。根据隧道射流通风试验模型,针对通风系统在常温条件(20℃)及射流温度为26℃、31℃和40℃这四种工况,进行隧道内气流速度分布模型试验。试验结果表明,射流温度升高,隧道内速度分布特性与常温工况一致,但气流速度达到稳定所需的纵向间距增大。运用FLUENT14.5软件,建立隧道的三维仿真模型,对正常工况(20℃)下的公路隧道射流通风系统单组风机的速度场进行模拟,与模型试验结果对比,验证数值模拟的正确性。根据模拟结果分析得出,正常工况下机组纵向间距为120m,初始段长度为5.6m,该值与经验公式计算值吻合,说明了数值模拟的正确性。以综合影响系数K值为指标,分析了纵向间距对通风效果的影响,结果表明,风机纵向间距设置为110m时通风效果最佳。数值模拟研究的重点是射流通风系统在不同温度影响下的速度场。模拟结果表明:温度改变,不影响射流流场的基本特性,只会改变速度值,进而影响系统的设计参数。主要结论如下:(1)射流温度升高,纵向影响范围增大,通风效率降低。因此,实际工程中隧道出口区段风机的纵向布置间距应比常温下的值大15m左右。(2)隧道外温度对洞口距有影响,考虑到一年中隧道外温度的变化,洞口距设置为130m时通风效果较好。(3)高(岩)温隧道或火灾工况下,隧道内气温射流温度升高,射流风机纵向影响间距减小,均匀段速度降低。针对温度的影响,实际工程应根据温度适当增大隧道中部风机的纵向间距以满足隧道通风的要求。
【关键词】：射流通风 温度 速度场 模型试验 数值模拟
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U453.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景10
• 1.2 公路隧道通风方式的发展历程10-12
• 1.3 公路隧道射流通风技术研究现状12-14
• 1.3.1 国外12-13
• 1.3.2 国内13-14
• 1.4 课题研究的意义、内容和方法14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 公路隧道射流通风理论基础16-25
• 2.1 隧道通风需风量的计算16-18
• 2.2 隧道射流通风压力计算18-20
• 2.3 公路隧道射流通风的基本特性20-23
• 2.3.1 隧道射流通风的原理及初始段长度20-22
• 2.3.2 射流的诱导段长度和风机组的纵向控制间距22
• 2.3.3 射流的作用范围22-23
• 2.4 风机综合影响系数K及其计算方法23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 隧道射流通风物理模型试验25-39
• 3.1 模型试验的相似律25-30
• 3.1.1 几何相似25
• 3.1.2 运动相似25-26
• 3.1.3 通风气流的动力相似26-28
• 3.1.4 射流的动力相似28-30
• 3.2 模型试验系统概况30-32
• 3.3 模型试验的测点布置及速度的计算方法32-34
• 3.4 试验数据的整理与分析34-38
• 3.4.1 射流风机出口风速的确定34-35
• 3.4.2 正常工况下速度场特性试验结果分析35-36
• 3.4.3 不同射流温度下速度场特性试验结果分析36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 公路隧道射流通风数值模拟的理论基础39-45
• 4.1 CFD软件简介39
• 4.2 隧道通风数值模拟理论39-41
• 4.2.1 隧道通风数值模拟的基本假设39-40
• 4.2.2 隧道通风流体流动控制方程40-41
• 4.3 隧道通风湍流模型、算法及后处理技术选取41-44
• 4.3.1 湍流模型41-43
• 4.3.2 数值计算方法43
• 4.3.3 后处理技术43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 5 正常工况下隧道射流通风速度场的模拟分析45-58
• 5.1 莲花隧道几何模型的建立45-47
• 5.1.1 几何模型45-46
• 5.1.2 网格划分46
• 5.1.3 边界条件设置46-47
• 5.2 速度场模拟结果的验证与分析47-50
• 5.2.1 模拟结果与试验结果的对比47
• 5.2.2 速度场特性的模拟结果与分析47-50
• 5.3 射流基本参数的确定及验证50-53
• 5.3.1 诱导段长度和纵向间距的确定及验证50-51
• 5.3.2 双股射流初始段长度的确定及验证51-53
• 5.4 纵向间距对通风效果的影响53-57
• 5.4.1 不同纵向间距的数值模拟及分析53-55
• 5.4.2 两组射流风风机的速度场和压力场场分析55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 不同温度下隧道射流通风速度场的模拟分析58-69
• 6.1 射流温度对隧道速度场及纵向间距的影响58-60
• 6.1.1 模拟结果与试验结果的对比58-59
• 6.1.2 射流温度对隧道速度场的影响59-60
• 6.2 隧道外温度对速度场及洞口距的影响60-65
• 6.2.1 正常工况下洞口距对通风效果的影响61-62
• 6.2.2 隧道外温度分别为 38℃、-10℃时对洞口距的影响62-64
• 6.2.3 洞口距为 20m、70m、120m时三种工况下的速度场分析64-65
• 6.3 高温隧道风机纵向间距的确定65-67
• 6.4 本章小结67-69
• 结论及展望69-71
• 结论69
• 展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 攻读学位期间的研究成果75

【参考文献】

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本文编号：598071