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1、猫头岭高铁隧道通风设计1、相关定义1.1、通风网络图的基本概念1、支路支路是表示两个通风节点之间的线段,线段的方向代表风流的方向。支路赋的参数有:风阻、风量、风压等,也可对通风网络中的支路赋以权值。进风井口与回风井口之间的大气支路即虚拟支路,一般用虚线段表示。2、节点节点是指通风网络中两条及两条以上风道支路的交点。所有的节点都有编号,称为节点号,节点号不能重复。通风网络图中用圆圈及编号来表示节点。3、回路在通风网络图中由两条及两条以上的通风支路首尾相连而形成的闭合回路称为回路。单一的回路称为网孔。4、树树是包含通风网络图中的
2、所有节点,但是任意的两个节点之间至少有一条支路与不形成回路的的支路构成的一种网络图;除树的网络图余下的支路构成的网络图称为余树。如图3-1所示的实线图表示树,虚线部分表示为余树。18长安大学硕士论文图3.1树和余树5、独立回路通风网路图中的树及其余树的一个支路形成的回路,称为独立回路。如图3-1(a)中的树与余树枝支路5、2、3能够形成的三个独立回路分别为:5-6-4、2-4-6-7-8-1和3-6-7-8-1。1.2、CFD的概念CFD是英文ComputationalFluidDynamics(计算流体动力学)的简称。它以
3、数值计算为基础,对流体流动,热量传递以及化学反应等现象进行分析模拟的一种仿真技术[62]。它是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科。CFD的基本思想可以归纳为:把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场,如速度场和压力场,用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替,通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似值[63][64][65][66][67][68][69]。可以认为CFD是天津大学硕士学位论文第三章隧道通风空气动力学研究的理论基础-3
4、1-现代模拟仿真技术的一种,是进行”三传”(传热、传质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术,广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸多工程领域。CFD技术的兴起推动了流体力学研究工作的发展。自从1687年牛顿定律公布以来,直到20世纪50年代初,研究流体力学的主要方法是两种:一是理论分析方法——利用简化的流动模型假设,给出所研究问题的解析解或简化方程。另一是实验研究——以地面实验为研究手段;理论分析方法的优点在于所得结果具有普遍性,各种影响因素清晰可见,是指导实验研究和验证新的数值计算方
5、法的理论基础。但是,它往往要求对计算对象进行抽象和简化,才有可能得出理论解。对于非线性情况,只有少数流动才能给出解析结果。实验测量方法所得到的实验结果真实可信,它是理论分析和数值方法的基础其重要性不容低估。然而,实验往往受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制,有时可能很难通过实验方法得到结果。此外,实验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。而CFD方法恰好克服了前面两种方法的弱点,在计算机上实现一个特定的计算,就好像在计算机上做一次物理实验。例如,机翼的绕流,通过计算并将其结果在屏幕上显示,就可
6、以看到流场的各种细节:如激波的运动、强度,涡的生成与传播,流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。然而更重要的是计算流体力学采用它独有的新的研究方法——数值模拟方法来研究流体运动的物理特性,数值模拟可以形象地再现流动情景,与做实验几乎没有区别。随着实际的需要,计算流体力学已发展成为流体动力学第三种研究方法。它的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展,将实验研究和理论分析方法联系起来,为简化流动模型的建立提供了更多的依据,使很多简化方法得到了发展和完善。随着计算机工业的迅速发展,计算速度的不断提高,CFD作为一
7、门独立的学科在近三十年来已经成为流体力学与应用数学的热门研究内容,在传热与流体流动问题的研究中起着越来越重要的作用[70]。本章首先就CFD的发展历程进行了简单的回顾,在此基础上,详细介绍了CFD计算方法和原理,以及网格的生成和后处理,以期能为后几章的CFD模拟研究提供必要的理论依据。1.3、浓度的概念系统中浓度的不均匀性是传质的动力,我们要研究传质的规律,必须先要建立浓度的概念。在二元或多元混合物中,单位体积所含组分的量的多少,习惯上通常浓度。在工程热力学中曾用质量的公斤数和摩尔数来计量物质的量,因此就有了质量浓度和摩尔浓
8、度的概念[52]。在单位容积中所含某组分的质量称为该成分的质量浓度,用符号Ci表示,单位是kg/m3。设有A,B两种物质组成的二元混合物,则:天津大学硕士学位论文第三章隧道通风空气动力学研究的理论基础-26-AACM=V(3-18a)BBCM=V(3-18b)式中,MA,MB-分别是组分A
