通风竖井设置对隧道内CO浓度分布的影响.pdf

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1、论文THESIS通风竖井设置对隧道内CO浓度分布的影响文／云南麻昭高速公路建设指挥部陈绍辉中南大学王一筱栗亚超易亮当前国内对自然通风竖井型隧道内污染物运动扩散的研究还比较欠缺。本文选取某隧道作为原型，构建简化三维模型，采用稳态计算的方式，分析了不同通风竖井布置方式下隧道内的通风过程与影响规律。数值模拟方法与计算模型机动车尾气的扩散是沿空间分布的，因此机动车尾气扩散流动应属于多组分、三维非定常的湍流流动。完全按照实际情况进行模拟计算难以实现，所以在研究过程中需要做出一定的简化和假设，构建出简化模型。在模拟计算过程中，

2、把CO视为污染物浓度的参考标准，根据其扩散流动的物理模型确定控制方程和相应的边界条件，建立数学模型。建立物理模型一般需要考虑空间、时间、传输方式、边界条件等众多因素。为了便于计算，对一些模型设计条件做出合理的假设：隧道内C0流动和传热，视为稳态过程；CO仅来源于汽车尾气；隧道内空气视为不可压缩流体；隧道除了排风口和进出口外，均视为密闭；忽略汽车及隧道内其他物体对流场的扰动；CO浓度采用预测值。控制方程与数值方法由于空间较大，隧道内CO可近似看作不可压缩流体，要对其浓度分布进行模拟计算，需采用流体力学计算的方式，控制

3、方程包括质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分方程等。Fluent软件求解的控制方程通用形式如下：等孑hdiv(pdx-F，Vx)=s，其中，x为求解变量，可表示温度、速度、压力、组分浓度、焓等；P为密度；t为时间；为速度矢量；Fx为扩散项；S。为源项。在隧道内空气流场模拟中，采用有限容积法对上述微分方程进行求解，从微小单元人手，对各个变量进行积分离散。其中，压力项与速度项利用压力耦合方程组半隐式方法进行耦合；对流项的离散则采用二阶迎风差分格式，扩散项的离散具有二阶精度。物理模型以隧道实际尺寸为依据，此次模拟隧道长20

4、70m，竖井均匀布置，隧道纵坡坡度为2．78％，隧道主洞净宽10．52m，净高7．1m，隧道设计速度为80km!h。计算模型网格划分采用六面体结构化网格，经网格独立性分析，2个竖井时，网格数量为915361个；4个竖井时，网格数量为927454个；6个竖井时，网格数量为932679个；8个竖井时，网格数量为937585个。参数设置分别研究在lm／s至3m／s的隧道人口风速下，设置不同数量的通风竖井与不同竖井排风量时隧道内CO浓度场的分布变化情况，共设置了36组工况。隧道各个壁面设为壁面边界，并根据隧道实际情况给出相

5、应的参数；隧道内交通风速设为7．64m／s，隧道入口为速度边界条件，出口为压力边界条件；隧道底部地面作为污染物释放源，设为流量边界条件，隧道全长CO丰IiE放量为0．024m3IS，排放温度为400。C。环境温度为150C，隧道壁面温度为200C。计算结果与分析压力与速度的耦合选用Fluent软件给定的方式，采用半隐式算法。系统初始化后，进行迭代计算，直到计算结果收敛且满足误差为止，得到隧道通风模拟的结果。隧道内流场分析由数值模拟结果可得，不同竖井排风量下隧道内流场分布规律十分相似，因受到通风竖井作用，隧道内气体从

6、通风1：3流出。当单个竖井的排风量减少时，通风口出的风速也随之降低；2个竖井时，通风竖井处流量净值分别为142．39kg!S、141．54kg／s；4个竖井时，通风竖井处流量净值由79．40kg／s降至76．82kg／s；6个竖井时，通风竖井处流量净值由55．64kg／s114Chin。HIghwoyTHESIS论文降至52．35kg／s；8个竖井时，通风竖井处流量净值由42．87kg／s降至4．0．40kg／s；这是由于隧道内正压气流沿着车行方向逐渐减弱，通风竖井口的出风量也相应的逐渐减小。Co流场分析对比无竖井

7、与分别设置为2、4、6、8个，竖井排风量为220m3／s，隧道入口风速为Im／s至3m／s时，模拟结果如图1所示。从图l可以看出，隧道内污染物的分布情况很相似、隧道出入口处的污染物排放总量比例变化趋势基本相同。隧道内CO浓度变化保持一致的趋势从隧道人口到出口递增。隧道越长，隧道内机动车数量越多，污染物浓度也就随之升高，导致污染物最大的位置出现在隧道的出I=I处。隧道内污染物的分布受到环境风速与竖井设置因素的共同影响。不设置通风竖井时，环境风速从lm／s增大至3m／s时，随着风速的增大，隧道内的新鲜空气增多，使得隧道

8、内CO浓度降低，隧道出I=ICO浓度平均值分别为177．62ppm、175．74-ppm、173．69ppm；隧道设置竖井后，部分有害气体由竖井排出，虽然污染物总量仍然在增加，但排风稀释了隧道内有害气体的浓度；从工况A1至A12隧道出口CO浓度平均值分别为：151．55ppm、154．97ppm、155．03ppm、154．62ppm、149．75ppm、1