隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

发布时间：2021-07-13 05:05

　　为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率,实现隧道节能通风。依托实际隧道工程,基于Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟,并对模拟结果进行交叉比对分析,提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量;对于不同竖井风塔外型结构,竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数;当倾斜角为45°、圆心角为90°时,凸台结构对应竖井出流量最大,且受环境风影响波动较小,通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状,实现对环境风的高效利用,提高竖井通风效率。 

【文章来源】：中国安全生产科学技术. 2020,16(06)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

竖井出流示意

当金山隧道全长20.14 km(隧道进口高程为2 864.83 m,出口高程为3 107.00 m),隧道通过区海拔在2 600～4 000 m左右。隧道除进口段470 m为双线车站隧道,其余洞身为单线隧道。全隧道除出口段224.18 m位于R-1 600 m的曲线上外,其余均位于直线上,隧道洞身坡度依次为6‰/570 m,12.3‰/19 200 m,7‰/370 m的单面上坡。隧道建设初期为缩短高海拔独头施工通风距离,隧道中部设置2座通风竖井,竖井采用圆形断面外径为3.0 m,运营期间1号竖井封闭,2号竖井作为永久的防灾救援风道使用。由于当金山常年大风的气候状况,竖井出口结构对施工及运营通风造成的影响极大,因此本文主要针对不同环境风速下的竖井外型结构进行模拟优化以达到最佳的通风效果。隧道主体建筑如图2所示。2.1 物理模型

运用CFD软件分别对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔3种结构建立三维模型(见图3),其中凸台状风塔优化设置如表1所示,底座h=0.2 m,风塔高H=2 m,最薄壁面厚度δ=0.2 m。竖井内断面为圆形断面,半径R=1.5 m。凸台状风塔圆心角β变化对应斜面曲率变化,如图4～5所示。表1 凸台状风塔结构Table 1 Wind tower structure of convex platform 倾斜角α 圆心角β ≈0° 30° 60° 90° 30° 模型1 模型2 模型3 — 45° 模型4 模型5 模型6 模型7 60° 模型8 模型9 模型10 —

【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂长竖井引水隧洞施工通风两相流模拟研究[J]. 刘震,王晓玲,刘长欣,禹旺,洪坤.  天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2018(11)
[2]纵向通风对隧道竖井排烟影响的模拟研究[J]. 姜童辉,丛海勇,孔祥晓,李国春,谭琼,王喜世.  火灾科学. 2018(01)
[3]地下大型洞库群通风网络建立及竖井通风效应研究[J]. 张恒,林放,张凯,杨家松,陈寿根.  现代隧道技术. 2018(01)
[4]城市隧道竖井送排式通风优化[J]. 朱培根,孔维同,李晓昀,宋桦,何轶敏.  流体机械. 2016(10)
[5]高速地铁隧道内扩大段和通风竖井对压力波的影响研究[J]. 骆建军.  现代隧道技术. 2016(04)
[6]通风竖井在地下联系通道通风系统中的应用[J]. 姜学鹏,庄炜茜,赵红莉,徐志胜.  地下空间与工程学报. 2009(06)
[7]有竖井隧道自然风压的研究[J]. 曾艳华,何川,关宝树.  地下空间. 2003(01)



本文编号：3281408