秦岭某公路隧洞纵向射流通风数据仿真研究

《秦岭某公路隧洞纵向射流通风数据仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、秦岭某公路隧洞纵向射流通风数据仿真研究第一章绪论1.1研究背景及意义本文旨在针对公路隧道通风方案进行研究，探讨公路隧道合理、科学、节能、经济的通风系统。釆用计算流体动力学软件FLUENT模拟了公路隧道纵向射流通风中，射流风机在各种安装条件及运行工况下，隧道气流的速度场及压力场。最终提出了公路隧道射流通风中风机的最优安装条件及运行工况。隧着公路隧道向长大化方向的发展，行车速度和密度加大，车辆在隧道中的故障及互相撞击、货物的自燃等各种原因，容易造成隧道火灾事故。尽管隧道火灾的发生率较低，但是发生火灾后产生的高温和大量的有毒气体，造成巨大的人员伤亡和财产

2、损失。因此公路隧道不仅要保证结构设施的稳定可靠、车辆行驶的安全、舒适，还必须保证洞内的运营环境达到一定的卫生标准和消防安全。运营环境和安全在很大程度上被隧道运营通风所控制，所以从技术上解决通风问题至关重要。公路隧道通风设施的费用一般为工程造价的20%~30%,长大隧道甚至可达，所以考虑通风方面的优化以及火灾时的紧急通风问题具有重要的意义。因此，公路隧道的通风问题一直是各国隧道专业人员十分关注的研究课题。.1.2公路隧道通风的发展经历本文采用数值模拟计算的方法对秦岭终南山公路險道内部气流流场进行研究。数值模拟软件为计算流体动力学(CFD)软件FLUE

3、NT6.3.26。本文的研究思路是：根据險道内空气流场的特点，建立适合于求解隧道内空气动力学特性的物理、数学模型及相应的数值计算方法；将数学模型和计算方法运用到險道纵向射流通风的实际物理模型中去，计算一定工况下的險道射流风机的性能表现以及險道内安装射流风机后的风机压力平衡，并分析險道内空气的速度场和压力场。具体步骤如下：公路隧道通风目的是降低隧道内烟雾浓度和污染物浓度，以保证汽车行驶的安全性和司乘人员的舒适度。隧道通风可分为自然通风和机械通风两种方式。公路随道发展的初期，都是依靠自然风和汽车活塞效应形成的交通风实现通风的，这可以说是最早形成的纵向通

4、风系统，当然，这是由当时的技术条件和经济条件所决定的。然而，随着汽车时代的到來，交通量日益增大，仅仅依靠自然风和交通风是不够的，当随道超过一定长度或交通量超过一定值后，就满足不了随道内运营环境的卫生要求，机械通风便应运而生。在1924年，美国匹兹堡市的自由随道(长1080米)发生交通阻塞，洞内的汽车废气达到极高的浓度，进而造成了许多乘客CO中毒。此次事故引起了世界同行业的高度重视，其后在修建纽约市的霍兰随道(长2610米)时就考虑了机械通风。.第二章公路随道通风空气动力学理论及CFD数值模拟基础2.1公路随道通风空气动力学理论从宏观讲，气体是具有粘

5、性、可以压缩的离散介质若按此对气体进行动力学研究会十分困难，研究的结果也将十分复杂。因此，在使问题得到简化，并且同时又能满足实际工程需要的前提下，本文对隧道内空气做如下假设：自然界普遍存在的是真实流体。通常流体都具有粘性、压缩性和膨胀性。粘性是指流体分子运动时相互间会产生内摩擦力；流体的压缩性是指流体受压后，体积缩小密度增大，除去外力后能恢复原状的性质;流体的膨胀性是指流体受热，体积膨胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。在温度不过低(热力学温度不低于253K)、压强不过高(压强不超过20MPa)时，空气的密度、压强和温度三者之间的关系，相当于

6、符合理想气体的状态方程，本文是研究宏观上的空气流动而非微观上的分子运动，故引入连续介质假设，即假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。根据流体质点概念和连续介质模型，每个流体质点具有确定的宏观物理量，当流体质点位于某空间点(X，y，Z)时，若将流体质点的物理量B(t)作为该空间点的量，可以建立该物理量的空间连续分布函数B(x，y,z，t)o根据物理学基本定律，可建立该物理量满足的流体运动微分方程，用数学上连续函数理论求解这些方程，便可获得该物理量随空间位置和时间连续变化的规律。将流体视为连续介质，质点间无空隙。则按照物质不灭定律，在单位时间内流管

7、各断面上通过的流体质量应不变。对于密度为常量的稳定流，即各断面上的流量不变，此原理即称为连续性定律。在单一管道里，所有过流断面的流量都相等：在三通管中，两个分支管道的流量之和等于汇流管道的流量。..2.2CFD数值模拟基础本章主要介绍了公路隧道通风空气动力学理论知识以及CFD数值模拟基础。首先，介绍了隧道通风计算的基本假定，然后介绍了公路隧道通风空气动力学理论发热控制方程。提出了三种瑞流模型数值模拟方法，并通过比较选定了适合本文的方法。最后介绍了CFD数值模拟的相关知识，包括软件简介、区域及方程的离散、网格生成技术以及求解方法等。CFD的长处是适应

8、性强、应用面广。宵先，流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用CF