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原文传递高海拔内燃牵引隧道自然通风界限及活塞风特性研究

论文题名：	高海拔内燃牵引隧道自然通风界限及活塞风特性研究
关键词：	高原气候;内燃牵引隧道;自然通风界限;有害气体;非恒定流;活塞风特性
摘要：	拉萨至日喀则铁路线是青藏铁路的首条延伸线，平均线路高程3800m，线路全长253km左右，共设29座隧道，其中长度在2km以上的隧道就有10座。由于青藏铁路机车仍旧采用内燃牵引，青藏高原低气压、缺氧、大风等特殊的气候条件对隧道运营通风的要求已超出了相关现行的技术标准范围。目前，国内铁路运营隧道内烟尘及有害气体污染普遍较为严重，其治理措施至今尚未有突破性进展。因此，本文依托铁道部下达的研究课题，完成了高原区内燃牵引隧道通风技术的研究。　　通过分析拉日线隧址现场气候对污染物浓度的影响，通过国内外现行相关规范比较，提出高海拔隧道内燃牵引运营通风有害气体浓度建议值:工作日内NOx（以NO2计）平均容许浓度为10mg/m3，工作日内任何一次30min内接触废气的平均浓度不超过30mg/m3。工作日内CO平均容许浓度为30mg/m3，工作日内任何一次30min内接触废气的平均浓度不超过90mg/m3。　　通过老关角隧道(全长4010m)、羊八井Ⅰ号隧道（全长3345m）和奎先隧道(全长6152m)内有害气体冬季两次实地监测，分析污染物在隧道内的时间和空间分布。结果表明，在自然通风条件下，列车通过老关角隧道15min后，通过羊八井Ⅰ号隧道4min后，两隧道内NOx浓度均小于2mg/m3、CO浓度均小于3mg/m3。奎先隧道在机械通风条件下使有害气体浓度降至上述值的最长历时为11min。通过计算隧道内NOx和CO工作日平均浓度和工作日内30min平均浓度，结果表明，上述隧道内NOx和CO浓度均满足本文提出的有害气体浓度建议值。同时，根据现场测试数据计算得到污染物在隧道中的扩散系数。　　根据拉日铁路隧址处5～6月份的自然风速、风向等观测结果，建议拉日线隧道外自然风速取2.6m/s。考虑隧道两洞口大气压的超静压差和洞内外温差产生的热压，通过理论计算及数值模拟，并与实测值进行比较，建议隧道内自然风速取1.5m/s。通过活塞风恒定流及非恒定流理论计算结果比较并采用数值模拟验证，拉日线隧址区气象环境有利于实现自然通风，长度小于4Km隧道，可采用自然通风。　　通过理论推导、数值模拟对单列车在隧道内恒速及变速运行时空气压力场、速度场及温度场的变化规律进行研究并采用实验数据进行验证，数值模拟结果与实验结果吻合度较好。结果表明，隧道内压力变化趋势与列车运动形式密切相关，压力系数大小与列车运行速度及运动位置有关。空气环隙速度沿隧道长度方向并不恒定，而是从车头向车尾逐渐减小，压差较大，是产生活塞风的重要条件。隧道出入口速度系数变化趋势与列车运动速度变化趋势一致，但与列车在隧道内的运动位置无关。列车壁与隧道壁之间距离越小，热流对温度场的影响越明显，列车底部温度场梯度变大。此外，列车运行速度对隧道内温度场影响较大。通过模拟1atm、0.5625atm和0.1atm不同压力边界条件下的压力场和速度场并进行比较，结果表明，高海拔低气压对活塞风平均速度和压力几乎没有影响。
作者：	张云霞
专业：	环境工程
导师：	朱琨;孙三祥
授予学位：	博士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文