高海拔单线单洞特长铁路隧道竖井位置对通风流场的影响

摘要

高海拔地区因其自然风速大，且带辅助坑道的高海拔隧道热位差效应显著，故高海拔隧道在设计运营通风时，应充分考虑隧道自然风的影响。在带竖井的长大深埋隧道中，由于竖井和两洞口的高差明显，使得隧道内空气温差和气压差形成较强的烟囱效应，从而影响自然通风的效果。又因为竖井烟囱效应的特性，其优秀排烟效果对隧道发生火灾时，快速排出隧道内烟气的作用较为明显。所以在运营期间有效的利用施工辅助坑道不仅可以节约造价，还可以改善隧道局部的通风环境。
　　论文以无竖井的3000m隧道进行自然通风为计算模拟，分别对洞、内外温差为5℃和10℃时的隧道自然通风流场进行理论计算和数值模拟，并得出两种情况下的隧道内自然风速。综合分析理论计算值和数值模拟值，结果表明理论和数值模拟得到的隧道内的自然风速结果误差可以控制在7％以内，验证了数值模拟的正确可行性;
　　以FLUENT软件为基础，模拟分析竖井位于隧道不同位置时隧道内自然风的流场分布，得出以下结论:
　　(1)随着竖井位置在隧道纵向离隧道洞口距离增加，隧道内自然风速减小，隧道通风换气时间呈e指数增长。竖井横向小距离移动对隧道内自然风速影响较小;
　　(2)隧道入口和出口端速度与竖井纵向位置呈e指数函数衰减，隧道竖井出口速度受竖井纵向位置影响较小，速度最大波动率不大于1.6％。
　　以FLUENT动网格技术为基础，模拟分析单竖井隧道的隧道列车活塞风分布规律，得出结论:列车车头前的流场呈扇状分布向前推进，车尾部形成数个尾涡区;列车环隙空间的流动大致呈现为:近列车壁面气流速度较大，近隧道壁面气流速度较小，纵向环隙气流的速度从车头到车尾逐渐减小;竖井内流体的速度场受活塞风影响呈扇状分布，对环隙空间流场的后段作用显著，分流作用使得剪切力的增压减小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 长大铁路隧道运营通风研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题研究的目的、意义和方法

1．3．1 目的及意义

1．3．3 研究方法

1．4 本章小结

2 数值模拟理论基础

2．1 软件介绍

2．2 数值模拟控制方程

2．2．1 基本假设

2．2．2 控制方程

2．3 数值模拟湍流模型

2．4 本章小结

3 隧道自然风

3．1 隧道概况

3．1．1 自然环境

3．1．2 辅助坑道

3．2 现场实测

3．2．1 测量仪器及方法

3．2．2 现场数据分析

3．3 隧道自然风基本计算理论

3．3．1 无辅助坑道隧道等效压差计算

3．3．1 带辅助坑道隧道等效压差计算

3．4 自然风数值模拟参数修正

3．4．1 通风量的修正

3．4．2 通风阻力的修正

3．5 数值模拟计算模型

3．5．1 模型参数

3．5．2 网格及边界条件

3．5．3 求解器设置

3．6 自然风计算结果分析与验证

3．6．1 理论计算结果

3．6．2 数值模拟结果

3．7 本章小结

4 竖井不同位置对隧道自然通风的影响规律

4．1 理论计算

4．2 数值模拟计算模型

4．2．1 模型参数

4．2．2 网格及边界条件

4．2．3 求解器设置

4．3 竖井位于隧道纵向不同位置

4．3．1 隧道内的风流场变化

4．3．2 隧道断面速度的变化

4．4 竖井在隧道纵向不同位置时，隧道通风换气时间的变化规律

4．4．1 通风换气时间理论基础

4．4．2 通风换气时间

4．5 竖井在隧道横向不同位置时，隧道内的风流场变化

4．6 本章小结

5 单竖井隧道活塞风的分布规律

5．1 活塞风基本理论

5．2 计算模型

5．2．1 物理模型、网格及边界条件

5．2．2 求解器设置

5．3 模拟结果与分析

5．4 本章小结

结论及展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果