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高壁温铁路隧道独头射流通风及喷雾降温数值计算研究
| 论文题名： | 高壁温铁路隧道独头射流通风及喷雾降温数值计算研究 |
| 关键词： | 施工通风;数值方法;非稳态模拟;离散相模型;喷雾降温;独头射流通风;铁路隧道;高温热害 |
| 摘要： | 随着我国铁路建设的高速发展，隧道数量和埋深也不断增加。由于隧道深度的增加和其它热源(施工机械、爆破等)的放热作用，高温热害已成为制约隧道安全施工以及施工效率的主要因素。施工期隧道只有一个出口，在其工作面无法自然形成循环风流，高温问题更为严重。通风是减少或消除隧道内热害经济有效的措施之一，科学合理的通风系统能节约通风成本。本文采用数值模拟方法，以高温特长深埋隧道为研究对象，对影响掘进巷道压入式通风场分布的因素进行了分析。主要内容如下： (1)施工通风风流流动理论分析以及数学模型的建立。从紊流状态下质量守恒、动量守恒和能量守恒的基本原理出发，对独头隧道压入式射流通风风流流动规律进行理论分析并建立相应的数学模型。 (2)对隧道高壁温条件下热环境进行数值模拟和分析。分析了不同送风方式、不同送风温度、风管出口距掌子面不同距离、不同送风速度、不同壁面温度这五个参数对隧道施工热环境的影响。 (3)施工隧道内热害控制技术的研究。根据对独头隧道热环境数值模拟结果得知，仅靠通风手段无法彻底改变高温现状，因此在改进通风系统的基础上必须寻求其他方法对热害加以控制。在常规通风条件下，加入喷雾，利用Fluent的DPM(离散相模型)对隧道通风时加入喷雾以后的温度场和速度场进行了模拟，模拟结果表明：加入喷雾后，隧道内的速度场基本不变，而与加入喷雾前相比，隧道内的温度有了明显的降低，相对湿度有了明显地升高。 (4)对围岩与风流的耦合换热进行了非稳态计算，结果表明：隧道壁面温度会随着通风时间的增大逐渐减小并趋于稳定，因此对于高壁温隧道施工通风围岩散热量的计算可以使用定壁温条件，这样计算是偏安全的。隧道出口温度随着通风时间的增大，逐渐减小，这种变化趋势在通过一定时间后呈现阶段性减小，而在相应的阶段内隧道出口平均温度变化很小，可以认为隧道壁面与风流的换热已经稳定，所以通风的计算可以按稳态进行计算。 研究表明：独头隧道压入式射流通风遵循受限贴附射流运动规律，送风参数和送风口的距离对射流运动都有一定影响。不同的送风参数下射流具有不同的初始动量，从而使射流弯曲程度发生变化，形成不同的温度分布，从而引起人体热舒适感的差异。喷雾降温可以显著地降低隧道内的温度，从而改善隧道施工热环境，可以应用于隧道施工通风中。 |
| 作者： | 何青青 |
| 专业： | 供热、供燃气、通风及空调工程 |
| 导师： | 袁艳平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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