公路隧道通风系统“沿程压力损失系数”取值研究

对公路隧道通风系统中的沿程压力损失系数取值进行了理论分析和计算模拟。研究结果表明,尼古拉兹经验计算式适用于联络风道和竖井的沿程压力损失系数计算且可满足工程精度要求,但并不适用于运营工况下隧道正洞的沿程压力损失系数计算。在充分考虑高速公路隧道洞内附属设施的情况下,对两车道、三车道以及四车道公路隧道的"等效通风沿程压力损失系数"进行模拟,得出了对应隧道"等效通风沿程压力损失系数"的最小值。在此基础上,考虑隧道内行驶车辆的体积对隧道通风的影响,求出了隧道"等效通风沿程压力损失系数"的最大值。相关研究结论可供公路隧道通风设计计算参考。     

矩形断面综合管廊线缆舱通风阻力系数数值仿真研究

为探究城市综合管廊通风阻力影响因素和计算方法，通过调研综合管廊通风系统设计和交通隧道通风阻力的相关研究成果，得到综合管廊线缆舱单位长度通风阻力系数的计算公式。建立综合管廊线缆舱三维数值模型，利用ANSYS FLUENT软件并采用标准双方程模型对通风障碍物比例约为15%的综合管廊线缆舱室内部支架、线缆和热效应对通风的阻力影响进行模拟。分析得到： 1)相较于内部无支架、线缆的综合管廊线缆舱，有支架、线缆时对通风阻力影响极大； 2）随着通风风速的增大，综合管廊线缆舱通风阻力逐渐增大，而通风阻力系数减小，且逐渐趋于稳定； 3）进口空气温度、线缆发热及舱内温度产生的热效应对通风的阻力效应有一定的影响，且随着进风温度增大，通风阻力和通风阻力系数逐渐降低。     

冷凝对隧道通风热压的影响分析

为研究空气水分冷凝现象对隧道通风热压的影响,采用现场实测的某地下通风隧道空气参数以及文献中某隧道自然通风的测试数据,对选用的有限差分法隧道通风传热传质过程及热压计算数学模型进行了验证;并采用数值模拟方法研究分析了不同隧道入口空气温度、相对湿度及通风速度条件下,隧道内空气冷凝现象、沿程空气温度以及热压的变化规律。研究结果表明:冷凝会增大空气与壁面的传热量,使隧道内的空气降温速度减慢,导致通风热压变小,并且该影响会随入口空气温度与相对湿度的升高而增强,随风速提高而减弱;当未发生冷凝时,隧道沿程空气温度分布及热压几乎不受空气湿度的影响。以一个全纵向通风的地下隧道为例,在4~8月,隧道会出现较大范围的冷凝现象,考虑冷凝计算所得热压比不考虑冷凝时低30%,对应的自然风风速平均偏差为0.5 m·s^-1;在其余月份,不考虑空气冷凝计算所得通风热压与考虑冷凝时相同。因此计算湿热季节通风热压或对应的自然风风速时,应考虑冷凝的影响;其余季节可按不考虑冷凝的方法简化计算隧道热压。     

铁寨子Ⅰ号隧道通风阻力系数模型试验研究

根据相似理论建立了铁寨子Ⅰ号隧道的通风阻力试验模型,介绍了该隧道通风模型试验系统的组成及其试验方法。通过模型试验,获得了铁寨子Ⅰ号隧道直线段在通风量为1m3/s时的通风阻力系数为0.030,并利用柯列勃洛克经验公式验证了该试验结果的正确性,为后续开展曲线类隧道通风阻力修正系数的试验研究奠定了基础。     

秦岭天台山隧道1#斜井取消衬砌支护的影响研究

为解决公路隧道通风斜井取消二次衬砌对洞室稳定性和通风造成影响的问题，根据秦岭天台山隧道1#斜井Ⅲ级围岩段的地层特点和施工情况，从规范符合性、结构的安全性和耐久性等方面入手，分析取消二次衬砌后该段洞室围岩喷锚衬砌安全性的问题。同时，依据相关规范和文献资料，对斜井Ⅲ级围岩喷锚衬砌段的沿程阻力系数进行修正，据此分析计算出隧道的风道压力损失，并与原设计的相关参数进行综合比较，确保在满足隧道通风系统设计要求的前提下节约工程造价。结果表明： 1）在地质围岩条件较好的地段，斜井取消二次衬砌满足规范要求，且具有足够的安全富余度； 2）在斜井喷锚衬砌的壁面粗糙度不超过30 mm、通风设备等参数增大10%的设计富余量，可抵消斜井段取消二次衬砌对该段压力损失的不利影响。     

寒区路堤通风管的自然通风能力

针对青藏高原多年冻土地区采用的通风管路堤,利用工程流体力学理论分析了通风管系统中存在的沿程摩擦阻力损失和局部阻力损失,并根据通风管自然通风的驱动力等于路堤两侧的风场压力差,获得了通风管系统考虑沿程摩擦阻力损失和局部阻力损失的风速计算公式.结果表明:运用该公式能快速计算各种路堤通风管的通风能力,便于工程应用;加装采风口通风管路堤比传统通风管路堤能更有利于路堤及其土层的降温.     

城市地下道路分(合)流匝道通风阻力特性

为分析多点进出结构的城市地下道路空气流动特性,以长沙市营盘路湘江隧道为原型,通过现场实测、缩尺模型试验以及CFD软件数值模拟方法,对分(合)匝道通风阻力特性进行了研究,考察了雷诺数、风量比、分岔角度对分(合)流匝道阻力特性的影响规律。研究结果表明:1)主隧道与匝道风量比、主隧道与匝道夹角是影响分(合)流匝道局部阻力系数的关键因素;2)城市地下道路分(合)流匝道局部阻力变化特性,不宜简单套用通风管道的三通构件的参数;3)结合最小二乘法和Matlab软件对计算结果进行多因素回归分析,给出了基于长沙营盘路湘江隧道的分(合)流匝道主隧道和匝道的局部阻力系数关联式。研究结果可为复杂结构城市地下道路通风系统阻力特性分析及通风工程优化设计提供方法参考。     

路段交通流无超车换道的动力学模型及其仿真

通过对交通流参数的微分分析，建立路段交通流的运动微分方程和欧拉方程，与流体力学对比，根据牛顿第二定律，提出计算简便的交通压力和粘性阻力系数及粘性阻力，定义来自下游交通波的干扰为交通流的粘性。波速与最大波速之差定义为沿程粘性阻力系数。沿程粘性阻力与车道长度、流量沿车流方向的变化率和沿程粘性阻力系数成正比。模型能够得出交通流参数之间的关系。仿真实例表明，模型能够反映交通流的基本特性．     

路段交通流的动力学模型及其仿真

引入超车换道流量,建立了相应的交通流连续性方程。通过对交通流参数的微分分析,建立了路段交通流的运动微分方程。与流体力学对比,根据牛顿第二定律,提出了计算简便的交通压力、粘性阻力系数及粘性阻力,定义来自下游交通波的干扰为交通流的粘性,波速与最大波速之差为沿程粘性阻力系数,沿程粘性阻力与车道长度、流量沿车流方向的变化率、沿程粘性阻力系数成正比,模型能够得出交通流参数之间的关系。仿真实例表明:模型能够反映交通流的基本特性。     

公路隧道纵向通风系统局部影响数值模拟

应用CFDesing软件，对公路隧道纵向通风系统中的沿程损失、汇流损失和风机射流作用进行了数值模拟研究。讨论了C．FColebrook公式的适用性和汇流损失、射流风机的影响因素，得出了一些可供设计应用的有益结论。     

隧道通风阻力格栅局部阻力试验

由于试验场地和试验条件的限制，通常难以建立1：1比例模型或同比例尺缩小模型，因此在保证原形与模型阻力相似的前提下，根据等效设计理论，在隧道通风模型中安装阻力格栅可以有效缩短隧道模型的长度。为了解决阻力格栅在通风模型中的选取和设置问题，建立物理模型进行试验测试，并将试验结果进行了分析对比，研究了不同的阻力格栅串联间距、串联数量以及格栅类型的变化对通风试验局部阻力的影响。模型试验结果表明：加入阻力格栅后通风模型仍存在自模区，且阻力格栅的串联间距、组数、规格对模型进入自模区的临界风速几乎没有影响；当格栅间距大于3倍断面当量直径时，格栅之间的相互影响可以忽略不计，故阻力格栅串联间距应不小于3倍模型当量直径；每组格栅局部阻力损失系数随格栅组数的增多而降低，降低的速率随着格栅组数的增多而减小；在选择阻力格栅时，格栅局部阻力系数要求较大时，可选择多孔板作为阻力格栅，并优先考虑方孔多孔板；当格栅局部阻力系数要求较小时，可选择铁丝网作为阻力格栅。研究成果可以为模型试验阻力格栅的选取和设置提供指导建议，同时介绍了阻力格栅在隧道通风模型试验中的具体应用。     

纵向通风下不同坡形隧道火灾烟气温度分布特性研究

为了解决不同纵向坡形隧道发生火灾时的烟流控制问题,以宝兰客运专线渭河隧道V形坡火灾通风为例,采用三维数值模拟方法,对不同坡形下烟气温度的分布特性进行研究。通过对V形坡、单面坡和人字坡等不同坡形隧道在不同纵向通风速度下的火灾工况模拟,对比分析隧道拱顶、一人高和3.0 m高处的温度分布特征。结果表明： 在火灾发生初期,当无纵向通风时,在变坡点火源车厢附近人字坡的温度最高,但随着离火源点距离的增大,V形坡的温度逐渐达到最大;当有纵向通风时,V形坡下游沿程的温度最高,且随风速增大,温度最高区域的分布范围逐渐扩大,而单面坡和人字坡的温度变化曲线基本一致,并在离火源点较远的下游区域趋于定值;在本研究范围内的坡形、坡度条件下,当纵向通风风速达到2 m/s 时,烟控效果最好。     

公路隧道双洞互补式通风系统横通道角度研究

依托某公路隧道研究通风横通道角度对双洞互补式通风系统的影响。通过数值模拟,分析不同角度工况下分流3通与汇流3通因阻力损失不同而引起的送风量差别,提出联络风道中汇流3通因阻力损失是确定横通道角度的关键。计算表明,在通风风速较大时,随横通道角度的减小,汇流3通段阻力损失会急剧变大;横通道角度为60°时,有利于通风网络的气流组织。     

雪山梁高原特长隧道施工通风关键技术三维数值模拟

为解决高原特长隧道施工期间缺氧低压、通风困难的问题,以雪山梁隧道工程为研究对象,针对高原地区特长隧道施工通风技术展开研究。结合雪山梁隧道各施工阶段隧道内的空气质量监测数据,从理论上对施工通风需风量、高原地区通风阻力做出计算和分析,选择合理的通风设备,适应不同阶段的通风方式。依托工程,基于Fluent流体力分析学软件及相关理论,对隧道主洞在压入式通风气流运动条件下采用三维紊态k-ε双方程湍流模型进行数值模拟,得到了隧道在掘进过程中扬尘浓度和气体流场的变化情况;通过模拟结果与实体监测数据相互佐证,对现有施工通风方案进行验证。     

特长跨海公路隧道排烟道辅助通风下排风口设计参数的数值模拟研究——以青岛第二海底隧道为例

针对特长水下隧道不设竖井运营通风方案下的参数优化,依托青岛第二海底隧道在海中不设竖井的新型运营通风方案,利用CFD软件Fluent建立三维数值模型,分别研究2种不同形式排风口(整体式和分离式)、排风口面积、风阀及顶部烟道分岔口位置对风流局部阻力系数的影响,得到最优通风参数及相应的局部阻力系数。研究结果表明:1)在其他条件相同的情况下采用新型通风方案时,整体式排风口优于分离式排风口;2)随着排风口面积增大,排风口段局部阻力系数逐渐减小,减小速率逐渐降低,排风口面积宜取45m~2左右;3)随着风阀与排风口距离增大,局部阻力系数逐渐减小,但减小幅度不大,风阀与排风口距离宜取10m左右;4)随着顶部烟道分岔口与排风口距离增大,局部阻力系数呈现先减小后增大的变化趋势,顶部烟道分岔口与排风口距离宜取10～20m。     

喷射混凝土衬砌隧道通风阻力系数测试研究

依托秦岭终南山18km特长公路隧道,选取隧道中部长度600多米的施工区段,设计风阻现场测试方案,布设2个测试断面,每个断面不同位置布设16个测点,采用高精度压差法对喷射混凝土作为隧道永久衬砌的通风阻力系数进行现场测试,测试风速范围为1.2~6.5m／s;通过数据整理分析,得出了通风阻力系数设计参数。试验表明:2车道公路隧道(净空面积70m2)喷射混凝土衬砌通风阻力系数在试验工况条件下为0.051,该参数值偏于保守,可直接用于指导通风设计。     

高海拔地区隧道施工通风风量计算及风机选型研究

高原地区由于海拔高度的增大,空气性质及部分有害气体毒性较平原地区发生了较大变化,施工通风难度比常压下增大很多,不能以平原地区的通风技术进行简单照搬。对海拔高度与空气性质的关系,高原隧道施工通风需风量计算,高原地区通风阻力变化及风机选型进行了分析。结果表明,高原地区的施工通风风量计算应考虑不同海拔高度时有害气体的体积膨胀及浓度限值,进行风机选型与通风阻力计算时应根据高原空气密度与平原地区空气密度的比值进行修正,该结论可为高原隧道施工提供借鉴和参考。     

公路隧道斜井送排式通风节能系统优化分析

公路隧道在施工阶段一般利用斜井作为辅助通道增加施工工作面,运营阶段继续采用此斜井作为运营通风通道,这种通风系统能耗巨大,年运营维护费逾越百万元。竖井送排式通风系统相对斜井通风系统沿程损失更小,通风效率更高。因此提出新建竖井作为运营通风道,原施工斜井作为逃生救援通道的新型通风节能优化方案。本文基于山西云山隧道实际工程,分别计算斜井与竖井的土建造价及能耗,利用FLUENT软件对斜井与竖井通风进行数值模拟,分析两者土建费用、运营能耗以及通风效率,对此优化通风系统的经济性进行评价,并为类似工程提供参考。     

公路隧道内火灾烟气温度及层化高度分布特征试验

通过在云南昆明—石林高速公路阳宗隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下公路隧道内火灾烟气温度及层化高度沿隧道的分布特征进行了研究。结果表明:拱顶下方烟气温度沿隧道呈幂指数分布;纵向通风速度对烟气层高度沿隧道的分布有重大影响,纵向风速较小时,烟气可以在隧道上部空间维持较好的层化结构,不会影响火灾发生时人员的安全疏散,而较大的纵向风速将导致烟气层高度沿隧道迅速降到地面,对火灾发生时的人员疏散造成威胁。     

高海拔地区隧道施工通风风量计算及风机选型研究

高原地区由于海拔高度的增大,空气性质及部分有害气体毒性较平原地区发生了较大变化,施工通风难度比常压下增大很多,不能以平原地区的通风技术进行简单照搬。对海拔高度与空气性质的关系,高原隧道施工通风需风量计算,高原地区通〖JP2〗风阻力变化及风机选型进行了分析。结果表明,高原地区的施工通风风量计算应考虑不同海拔高度时有害气体的体积膨胀及浓度限值,进行风机选型与通风阻力计算时应根据高原空气密度与平原地区空气密度的比值进行修正,该结论可为高原隧道施工提供借鉴和参考。