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长大公路隧道纵向通风系统数值模拟
| 论文题名： | 长大公路隧道纵向通风系统数值模拟 |
| 关键词： | 隧道通风;数值模拟;公路隧道;计算流体动力学;气流组织 |
| 摘要： | 现代新的通风技术使长度不再是通风的主要限制因素，纵向通风越来越频繁地运用于长大公路隧道通风当中。公路隧道通风设施的费用在长大隧道甚至可达50％。对长大隧道内的空气流速与压力分布、污染物浓度及通风防灾的研究因此成为各国隧道专业人员十分关注的研究课题。合理经济地采用长大隧道通风方案，控制隧道内污染物烟气浓度，保证隧道正常通风及火灾排烟，对现代隧道通风技术有着重要的意义。 由于隧道空气分布受到诸多因素的影响，故揭示其规律比较困难。近年来，随着计算机的发展和应用，数值求解的能力越来越高，为直接以理论流体力学计算气流组织创造了条件。“计算流体动力学”(CFD, Computational Fluid Dynamics) 是伴随着计算机的出现而兴起的一门新科学，因此利用CFD方法对气流组织进行数值模拟方兴未艾。 本文利用FLUENT与FDS软件，以计算流体力学和传热学为基础，建立了隧道通风全局的二维模型和局部的三维模型。应用计算流体动力学的理论和方法模拟隧道通风空气的紊流流动，在对物理模型和数学模型进行理论分析和假设的基础上，运用K-ε模型与SIMPLE方法对隧道内气流组织进行了二维及三维数值模拟，边界条件采用K-ε模型结合壁面函数的方法进行处理，同时对紊流及其模型、方程离散、方程组的耦合联立求解以及SIMPLE算法等数值计算等问题进行了论述。在二维模拟中以雪峰山隧道为数值模型，计算得出隧道主风机及两组四台送排风机的转速变化对隧道内流场的影响。在三维模拟中着眼于风机的综合性能影响因素的考察，得出隧道空气流速、风机出口风速、安装高度、风机间距对风机综合影响系数K的变化规律。引入公开免费软件火灾动态模拟FDS（Fire Dynamics Simulator）对竖井附近的火灾温度分布情况和烟气流动规律进行了模拟计算。结果表明，入口射流主风机对隧道各段的影响最为显著，送风机的升压影响大于排风机。射流风机的综合影响系数随隧道空气流速变大而减小，随射流风机的出口风速、同组射流风机的横向距离、安装高度的变大而增大。进一步验证了火灾工况下的临界风速的经验公式，竖井送排风机对火灾排烟的贡献不如隧道射流风机大。 |
| 作者： | 叶青 |
| 专业： | 供热、供燃气通风与空调工程 |
| 导师： | 沈国民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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