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原文传递曲线公路隧道营运通风关键参数研究

论文题名：	曲线公路隧道营运通风关键参数研究
关键词：	公路隧道;隧道通风;曲线壁面;壁面切应力
摘要：	随着我国公路隧道事业的不断发展，纵多复杂化的公路隧道不断的涌现出来，对通风基础理论及隧道通风系统提出了更高的要求。本论文依托目前正在修建的双螺旋曲线隧道即干海子隧道和铁寨子Ⅰ号隧道工程，采用了数值计算、试验及现场测试相结合的手段，对隧道通风的基础理论及曲线隧道营运通风系统中的关键参数进行了系统、详细的研究。研究的结果主要体现在以下几个方面：　　 ⑴隧道内及管道内非稳态流动条件下，瞬态壁面摩擦阻力较稳态壁面摩擦阻力存在一定的差别。论文以管道系统为研究对象，对流量线性增长和递减多种工况进行了试验研究。研究结果表明，对于流量线性递增工况，瞬态壁面切应力表现出四个阶段，阶段一瞬态壁面切应力迅速提高并高于稳态壁面切应力，阶段二瞬态壁面切应力缓慢增加并逐渐小于相应稳态值，阶段三瞬态壁面切应力义迅速增加超过稳态值，阶段四瞬态壁面切应力与稳态值的变化保持一致。对于流量线性递减工况，瞬态壁面切应力表现出三个阶段，阶段一和阶段二，瞬态壁面切应力均快速减小并小于相应稳态值，阶段三瞬态壁面切应力缓慢增加并超过稳态值。以上瞬态壁面切应力的变化过程主要是由于非稳态流动惯性和湍流滞后性造成的，这种影响程度及瞬态壁面切应力的变化会随着流动加速度或减速度和初始流动状态的变化而变化。　　 ⑵对曲线隧道沿程阻力采用三维稳态数值计算。结果表明，隧道断面风速和断面形式对沿程阻力系数的影响很小；当半径小于2000m时，沿程阻力系数随曲线隧道半径的减小迅速增大，当半径大于2000m时，曲线隧道沿程阻力系数较直线隧道相差较小。本论文提出了适用于半径小于2000m曲线隧道沿程阻力系数的计算方法。　　 ⑶采用移动网格技术对曲线隧道内汽车产生的交通风力和交通风进行了三维非稳态模拟计算。研究结果发现，曲线隧道内汽车在不同车道行驶时产生的交通风力差别很小；汽车在不同半径曲线隧道内行驶时产生的交通风力差别较大，汽车行驶产生的交通风力随着曲线隧道半径的减小逐渐增加；车速的提高明显有利于提高隧道内交通风的大小，但对汽车有效空气阻力系数将产生负面影响。行车间距的增加将有利于提高隧道内汽车有效空气阻力系数的大小。　　 ⑷对两螺旋曲线隧道射流风机的优化布置采用了三维数值计算和现场实测相结合。研究结果表明，风机组向隧道内侧即左侧移动0.5m时，风机升压折减系数较其他位置明显提高；风机组向隧道外侧即右侧移动时，风机升压折减系数明显降低；当风机组间距为2.4m，风机组向隧道内侧移动0.5m时，风机升压折减系数最高。曲线隧道内射流需经过90-120m才能得到充分的发展，断面平均静压达到最大，隧道进入压力通风段。因此，曲线隧道内射流风机组的纵向间距需大于该距离。
作者：	王峰
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	王明年
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文