长大公路隧道热环境特性及影响因素研究

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1、分类号:TU96+210710-2015229028专业硕士学位论文长大公路隧道热环境特性及影响因素研究王晓亮导师姓名职称隋学敏副教授殷元生教授级高工申请学位类别专业学位类别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2018年5月8日论文答辩日期2018年6月8日学位授予单位长安大学TheStudyofCharacteristicsandInfluenceFactorsofThermalEnvironmentofLongHighwayTunnelAThesisSubmittedfortheDegreeo

2、fMasterCandidate：XiaoliangWangSupervisor：AssociateProf.XueminSuiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要随着我国交通建设事业的快速发展，长大公路隧道不断增多，机动车在隧道内行驶过程中排出大量的废热，致使隧道内的热环境不断恶化。隧道内空气温度过高会严重影响隧道内各类设备及机动车的正常运行，对人们的生命财产安全造成威胁。因此，对长大公路隧道的热环境进行研究对公路隧道的安全运营具有重要意义。本课题综合考虑了长大公路隧道热

3、环境内外扰因素，对隧道热环境的形成机理进行了分析，分别建立隧道内空气流场、空气与隧道内壁面对流换热、隧道围岩传热的物理模型。采用前处理软件Gambit建立单向长大公路隧道几何模型并进行网格划分，导入流体模拟仿真软件Fluent对隧道内流场和温度场进行模拟计算。通过对单向长大公路隧道内空气温度场和围岩温度场进行全年的模拟研究发现，隧道内空气沿通风方向逐渐升温，在隧道出口处空气温度达到峰值并且存在滞后性，隧道围岩在隧道运营初期吸收隧道内热量，一定程度上控制隧道内空气的温度，隧道围岩温度响应滞后性更大。分别

4、针对通风方式、围岩条件、交通量三种影响因素对隧道热环境进行模拟研究，分析不同影响因素对隧道内空气温度场和隧道围岩温度场的分布和变化规律的影响。研究表明，相对于全射流通风方式，通风井送排式+射流风机通风方式的隧道出口温度温升幅度低，滞后性小，且隧道围岩温升小，可以更有效更持久地控制隧道内空气温度的升高。在模拟中选择粘性土、砾砂、花岗岩三种类型岩土作为隧道围岩，通过对比分析发现，花岗岩可以迅速地向隧道内空气吸收或释放热量，在隧道运营初期可以有效地抑制隧道内温度的升高，但一定进深的围岩的蓄热能力将更快地趋于

5、饱和。随着交通量的增长，隧道内空气的温升和岩土内部的温升都与交通量呈线性增长关系，若在增加交通量的同时按公路隧道通风设计要求增加通风量，隧道内的空气的温升和隧道围岩内部的温升是基本维持不变的。隧道出口温度在隧道投入运营初期温升比较剧烈，隧道围岩（花岗岩）的蓄热能力在20年左右接近饱和。通过Fluent对单向长大公路隧道热环境的模拟研究，得到了隧道内空气温度场和围岩温度场的分布和变化规律，对比分析了不同影响因素对隧道热环境的影响作用，并对隧道热环境进行了远景的模拟预测，为今后公路隧道通风设计提供可靠的参

6、考依据。关键词：长大公路隧道，热环境，数值模拟，影响因素分析，远景预测IAbstractWiththerapiddevelopmentoftransportationindustryinourcountry,andhighwaytunnelnumberincreasesharply,motorvehiclewillremovealargeamountofwasteheatinthetunnelandthatcausethetunnelthermalenvironmentisdeteriorating.

7、Thehighairtemperaturewillaffectseriouslythenormaloperationofvariouskindsofequipmentandmotorvehicle,whichthreatpeople´slifeandpropertysafety.Therefore,itisgreatsignificanceforoperationsafeofhighwaytunneltostudyofthermalenvironmentoflonghighwaytunnel.This

8、topicconsideringthethermalenvironmentinsidefactorsandoutsidefactors,andbeanalyzedtoformationmechanismofthethermalenvironmentoflonghighwaytunnel,setupthephysicalmodeloftheairflowfieldoftunnel,thephysicalmodelofflowheatexchangeofai