详情

原文传递地铁隧道内多颗粒物源扩散特性研究

论文题名：	地铁隧道内多颗粒物源扩散特性研究
关键词：	地铁隧道;多颗粒物源;扩散特性;通风量
摘要：	目前，乘坐地铁出行人数日益增加，地铁环境狭小封闭且污染物不易排除，有研究证明地铁颗粒物含有大量金属元素，对人体的伤害更大，因此，研究地铁环境中颗粒物具有重要意义。本文分别以地铁区间隧道和地铁站台隧道为研究范围，地铁隧道内多颗粒物源为研究对象，针对国内外对地铁颗粒物研究的不足，本文首先建立了颗粒物扩散的数学模型，利用动网格技术模拟列车在隧道内运动的过程，结合DPM模型模拟地铁颗粒物在隧道内扩散过程，采用已有实验对建立的数学模型进行模型验证，结果表明：本文动网格模型、RNG k-ε湍流模型、气固两相流模型（DPM模型）以及各项参数选择合理，模拟结果误差较小。　　其次建立了区间隧道物理模型，通过对地铁在区间隧道内运行时各部件磨损产生的颗粒物进行数值模拟，对比分析了列车匀速行驶阶段（vc=20m/s）和制动初期阶段（vc=20m/s~10m/s）弓网磨损颗粒物和轮轨磨损颗粒物扩散轨迹和实时浓度分布，并比较了PM10、PM2.5和PM1颗粒物浓度分布差异，结果表明：（1）区间隧道内匀速行驶阶段和制动初期阶段弓网磨损颗粒物和轮轨磨损颗粒物均向列车后方扩散，并且，匀速行驶阶段颗粒物向后扩散范围均大于制动初期阶段颗粒物向后扩散范围；（2）区间隧道内匀速行驶阶段和制动初期阶段弓网磨损颗粒物大多数集中在Z=4.7m以上高度，在Z=4.7m以上高度占比分别为84.7%和68.3%。轮轨磨损颗粒物主要集中在Z=1m以下高度，匀速和制动初期阶段颗粒物在Z=1m高度以下占比分别为53.07%和68.1%；（3）颗粒物粒径大小对颗粒物在隧道内扩散轨迹和浓度分布情况影响不大。　　最后建立了站台隧道物理模型，对地铁在站台隧道内运行时各部件磨损产生的颗粒物进行数值模拟，对比分析了列车制动初期阶段（vc=10m/s~3m/s）、制动后期阶段（vc=3m/s~0m/s）和停靠站台阶段（vc=0m/s）弓网磨损颗粒物、轮轨磨损颗粒物和制动磨损颗粒物扩散轨迹和实时浓度分布，并分析了站台隧道内不同通风工况对颗粒物浓度的影响，结果表明：（1）站台隧道内制动后期阶段颗粒物开始向列车前方扩散并向屏蔽门反方向偏移，停靠站台阶段颗粒物会向屏蔽门方向偏移。站台隧道内弓网、轮轨和制动磨损颗粒物最大向后扩散范围分别为56.3m、47.5m和39.6m；最大向前扩散范围分别为65.8m、57.5m和56.4m。（2）站台隧道内制动初期和制动后期阶段弓网磨损颗粒物在Z=4.7m高度以上占比接近100%；停靠站台阶段弓网磨损颗粒物在Z=4.7m高度以上占比下降到17.33%，并且颗粒物浓度在高度方向均匀分布。对于轮轨磨损和制动磨损颗粒物，制动初期和制动后期颗粒物在Z=1m以下高度占比均在80%以上；停靠站台阶段轮轨磨损和制动磨损颗粒物在Z=1m以下高度占比均在20%左右。（3）站台隧道内，颗粒物排除效率从大到小依次为双活塞风井＞进站端活塞风井＞出站端活塞风井；活塞风井截面积越大，颗粒物排除效率越高但排除效率增长幅度小，当面积为1m2、4m2和9m2时，颗粒物排除效率分别为17.7%、18.5%和18.7%；轨排风量越大，颗粒物排除效率越高，通风量为20m3/s、60m3/s和100m3/s时，颗粒物排除效率分别为34%、85%和90%。
作者：	谭晓涵
专业：	建筑与土木工程
导师：	张慧玲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022