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原文传递长大公路隧道通风物理模型试验研究

论文题名：	长大公路隧道通风物理模型试验研究
关键词：	公路隧道;模型试验;隧道通风;相似理论;模型率
摘要：	隧道通风技术是制约长大公路隧道建设的一项重要技术，国内外研究表明，隧道通风所需费用与隧道长度的三次方成正比增加，长大隧道通行后运营费用将是一笔巨大的开支。所以开展长大隧道通风研究具有极大的社会与经济价值。本文以流体力学相似理论与模型试验理论为基础，以物理模型试验为主要手段，针对长大公路隧道通风问题进行了分析研究。论文针对公路隧道通风物理模型试验理论与方法进行了深入研究，完成了公路隧道通风物理模拟试验系统的设计、制作与调试工作。 1.根据流动相似性理论和隧道通风主要控制因素，确定隧道通风的边界条件；以纳维一斯托克斯(Navier-Stokes)方程为基础，推导隧道通风模型试验相似准则，选取雷诺数相似作为隧道通风物理模型的相似准则；以尼古拉兹试验为基础，分析雷诺数的影响因素和自模区产生原因，论述自模区试验方法。 2.给出完整的隧道通风模型设计方法。研究了以雷诺数相似准则为基础、以自模区理论为核心的隧道通风模型率设计方法，分析确定秦岭终南山公路隧道通风模型的模型率；研究隧道通风模型选材、设计、安装方法，研究隧道通风模型动力系统和动力控制系统设计与选型，设计加工风压、风速测试元件。在通用工业软件基础上开发出实时显示、记录、自动报警的隧道通风数据采集监控系统软件。 3.对隧道通风物理模型各系统进行基本性能测试试验。对模型摩阻损失系数处理方法给出新的设计理论和方法。通过大比尺模型试验，对长大公路隧道通风中常见的一些工程问题进行优化分析，得出重要结论，为工程设计提供了有力支持。 1.选取适宜的竖井和风道模型比尺，设计竖井送、排式通风上下行线共用竖井模型，分别对送、排风井底部中隔板高度进行模型试验优化分析。两隧道排风量比值为0.6～1.0工况下，排风井底部中隔板高度宜取0.55～0.65倍风道高度。两隧道需风量比值为0.6～1.0工况下，送风井底部中隔板高度宜取0.45～0.55倍风道高度。 2.对竖井送排式通风送、排风口角度进行模型试验分析。建议在公路隧道竖井送、排式通风中，排风口与隧道轴向夹角取结构和安全性允许条件下的最小值。在隧道设计风速取6m/s～8m/s时，送风口设置在隧道拱部，送风口与隧道轴向夹角取5°～6°。 3.在竖井送、排式通风中，对短道长度进行模型试验分析，研究风速对短道长度影响，研究排风口与隧道轴向夹角、送风口与隧道轴向夹角对短道有效长度的影响，并得出经验公式。结合秦岭终南山特长公路隧道(18020m)工程，展开隧道通风方案的比选研究。 1.选取并验证秦岭终南山公路隧道通风整体试验的模型率，对变率模型法和等效模拟法进行对比分析，论述了等效模拟法的设计方法，推导等效模拟法中等效阻力隔栅计算公式。 2.应用等效模拟法模型系统对秦岭终南山公路隧道通风进行整体模型试验，对分段竖井送排式纵向通风的区段划分方案进行比选研究，推荐秦岭终南山公路隧道划分为4个通风区段(三竖井方案)进行隧道通风，并在设计中得到应用。
作者：	方磊
专业：	道路与铁道工程
导师：	谢永利
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文