公路隧道射流通风数值模拟与风机安装参数优化

摘要

通风控制系统不但要满足隧道日常行车运营卫生、安全的要求，满足隧道火灾情况下排烟系统的有效运作以保证隧道安全运营性，而且要满足降低能源消耗和资源浪费，降低隧道运营成本的功能。因而本文旨在针对隧道的通风系统进行优化，探讨公路隧道合理、科学、节能、经济的通风系统。采用计算流体动力学软件FLUENT模拟了公路隧道射流风机各种安装条件下的流态。最终提出公路隧道射流风机在各种安装条件下的最优方案。其中主要需要优化的安装参数为： (1)风机与拱顶距离对流态影响； (2)风机左右间距离对流态影响； (3)大断面三台小功率组合与二台大功率组合的影响； (4)风机距洞口端距离与洞外自然风方向关系； (5)风机距洞口端距离与断面大小的关系； (6)弯道对风机位置的影响； (7)断面突然变大对风机布置间距的影响。 通过模拟分析后得到的主要结论有： 1、同向工况下，当风机与拱顶距离在1.94米～2.09米时，速度分布最均匀，速度大小最合适。说明当风机与拱顶距离在1.94米～2.09米时，风机布置较合适；反向工况下，当风机与拱顶距离在1.94米～2.09米时，速度分布最均匀，速度大小最合适。说明当风机与拱顶距离在1.94米～2.09米时，风机布置较合适。 2、两台风机并联安装时，同向工况下，建议两台风机横向间距取2.0m左右；反向工况下，建议两台风机横向间距取1.9m左右；三台风机并联安装时，同向工况下，建议风机横向间距取2.0m左右；反向工况下，建议风机横向间距取1.6m左右。 3、对于需要很大风量的三车道大断面隧道中，在实际的通风机选择中，可以选择三车道大断面三台小功率组合也可以选择二台大功率组合。由速度断面图可以看出：当安装两台风机时，速度分布最均匀，速度大小最合适。说明风机安装两台时，风机布置较合适。 4、当风机风速与洞外自然风在同向工况下，速度分布最均匀，速度大小最合适。说明风机安装在同向工况下时，风机布置较合适。 5、当隧道属于三车道大断面时，风机的布置不需要做特殊布置，只需要和一般断面布置方式相同即可。 6、当隧道弯曲角度为100°～120°，隧道半径为150～250m时，由数值模拟可以看出：当风机安装在弯道中间位置时，速度分布最均匀，速度大小最合适。说明风机安装弯道中间位置时，风机布置较合适。 7、当隧道中有突变时，尽量将风机安置在三车道大断面中。尽量减少风机吹出来的流场在突变处碰撞的损失。 最后，论文以雁门关特长公路隧道纵向通风系统为模型，从局部到整体进行了全面的数值模拟分析与研究，得到了许多有用的结论，并给出了雁门关公路隧道通风相应的优化建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2公路隧道通风的研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4隧道通风的研究方法

1.5本章小结

第二章公路隧道空气动力学理论和风机工况模拟计算理论的比较以及数值模拟方法

2.1公路隧道通风空气动力学研究理论

2.1.1隧道通风计算假定

2.1.2公路隧道通风数值模拟方法

2.1.3湍流流动数值模拟方法

2.1.4湍流模型

2.1.5壁面函数法

2.1.6计算区域的离散

2.1.7控制方程的离散

2.2公路隧道风机工况模拟计算理论

2.2.1概述

2.2.2网络通风理论

2.2.3通风网络中风流流动的基本规律

2.2.4简单风网中风流诸参数的关系

2.3利用计算流体动力学理论为基础的数值模拟方法的提出

2.4本章小结

第三章公路隧道射流风机纵向通风三维数值分析

3.1射流纵向通风分析

3.1.1射流通风计算模型

3.1.2计算模型简化

3.1.3边界条件

3.2风机与拱顶距离对流态影响

3.3风机左右间距离对流态影响

3.4三车道大断面三台小功率组合与二台大功率组合的影响

3.5风机距洞口端距离与洞外自然风方向关系

3.6风机距洞口端距离与断面大小的关系

3.7弯道对风机位置设置的影响

3.8断面突然变大对风机布置间距的影响

3.9本章小节

第四章雁门关公路隧道通风系统数值分析与优化

4.1概述

4.2雁门关公路隧道简介

4.3雁门关隧道射流通风分析与优化

4.3.1雁门关隧道风机原设计参数及优化参数的提出

4.3.2雁门关隧道风机优化参数论证

4.4本章小节

第五章结论与展望

5.1主要研究成果

5.2存在的问题及进一步研究的建议

致 谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果