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近接连续隧道污染物扩散机制及窜流特性研究
| 论文题名： | 近接连续隧道污染物扩散机制及窜流特性研究 |
| 关键词： | 近接连续隧道;数值模拟;污染物扩散;温差影响 |
| 摘要： | 伴随着我国经济发展，道路交通压力日益增大，隧道工程建设成为了增强交通通行能力、提高城市空间利用率的重要举措，同时，近接连续隧道等特殊结构的隧道不断增加。近接连续隧道洞口的污染物扩散问题威胁着隧道与周边环境，随着人们关注度提高，对于隧道污染物窜流特性的深入研究已是迫在眉睫。 本文通过设计并搭建比尺模型试验、CFD数值模拟等方法研究了近接连续隧道污染物扩散现象，深入探讨近接连续隧道洞口污染物扩散特性、影响因素、污染物扩散机理，并提出污染物扩散数学预测模型。在研究过程中主要得出结论： （1）近接连续隧道洞口污染物扩散问题中，来自上游隧道洞口的污染物气流，由于紊流的横向脉动作用，与周围空气发生动量交换形成卷吸，射流断面不断增大，无横向风时，射流核心区的风速保持与上游隧道洞口的出流速度一致；随着卷吸作用发展，射流断面最大速度逐步衰减，射流边界不断增大；污染物扩散同时受到上游射流和下游抽吸作用影响，分别由结构参数L/D和运营参数vup/vdown决定，在二者交叉作用下，污染物自上游流入下游进而形成二次污染。 （2）近接连续隧道污染物扩散可分为初始段、衰减段、汇流段，扩散发展规律与近接隧道间距L以及vup/vdown无关；初始段时，强烈的卷吸作用使得射流边界扩展、流量增加、速度减小，而射流核心区速度保持不变；衰减段时，射流断面最大速度vx开始衰减；而在靠近下游洞口位置则为汇流段，部分污染物气体受到下游隧道内的抽吸作用影响，被抽吸进入下游隧道。 （3）对于近接连续隧道之间的射流流动特性，可以通过横截面最大速度vx的衰减表征，vx/vup和Cx/Cup无量纲化用以评估射流初始速度、初始浓度对射流发展的影响；基于L/D影响下的上游射流和vup/vdown影响下的下游抽吸，非线性回归得到窜流比预测模型，进而由φc=φsg(vup/vdown)得到窜流浓度比数学预测模型，该数学模型与已有研究的结果吻合良好，且适用范围更广。 （4）近接连续隧道洞口内外的温差因素对于污染物扩散的影响非常之大，很小的温差即能改变洞口射流形态；隧道内外正温差时，洞口污染物扩散有向上方发展的趋势，温差越大趋势越明显，且正温差可以很明显降低近接连续隧道的窜流比；隧道内外负温差时，污染物扩散有很明显的“贴地”发展趋势，但是此时并不会增大上游污染物对于下游隧道的影响，负温差也会降低窜流比。 |
| 作者： | 张琼华 |
| 专业： | 安全工程 |
| 导师： | 朱凯;楼晓明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国计量大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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