高海拔隧道施工自卸车CO扩散规律

为定量分析高海拔隧道出渣过程中自卸车CO排放对施工环境的影响,针对自卸车底部、侧部、尾部安装排气管三种CO排放方式,基于Fluent软件,采用RNGk-ε湍流模型,选取Species Transport模型模拟CO与空气的耦合作用,考虑高海拔低气压和空气密度的影响,运用动网格及用户自定义函数(UDF),模拟自卸车体行驶过程中隧道气流三维速度场、CO浓度场,基于现场实测数据验证模拟结果。结果表明:相同行驶工况下,隧道断面越大,CO沿途扩散越快,较高的CO浓度主要出现在车体高度以下区域;三种排气管中,侧部排气管最有利于沿途CO扩散。自卸车排气管轴向CO浓度的沿途扩散符合e指数衰减规律,根据一维扩散理论,提出CO浓度累积预测计算式。     

隧道出碴过程CO浓度监测与模拟研究及应用

为确保隧道施工及管理的安全,针对隧道出碴过程风流流场的复杂性和CO浓度分布的不确定性等特征,结合某特长隧道施工实际,运用Fluent软件模拟分析隧道出碴过程洞内流场及CO浓度分布,得出了隧道出碴过程洞内通风流场的特性及CO浓度场的空间分布规律,并结合现场监测验证了结果的可靠性;结合应用CFK方程分析施工作业人员血液中COHb与环境中CO浓度、连续作业时间的关系,提出了合理的CO浓度限值及安全连续作业时间,为隧道安全施工及管理提供技术依据。     

内燃机车牵引条件下高海拔单线铁路隧道的自然通风界限

对内燃机车牵引条件下海拔3 000m以上、长度大于3km的山谷型老关角隧道和河谷型羊八井Ⅰ号隧道内正常运营期间的CO和NOx(换算成NO2)浓度及风速进行现场监测,并基于理论分析和一维数值模拟方法,研究内燃机车牵引条件下高海拔单线铁路隧道内的污染物扩散系数及自然通风界限。结果表明:内燃机车牵引条件下高海拔单线铁路隧道内的CO和NOx扩散系数与风速呈二次抛物线关系,且高海拔单线铁路隧道内的CO和NOx扩散系数远大于平原地区,采用瞬时点源一维扩散模型可以合理描述高海拔单线铁路隧道内污染物的扩散规律;对于长度在4km以下的高海拔单线铁路隧道,当内燃机车行驶速度超过48km·h-1、自然风速为1.5~2.0m·s-1时,可实现隧道内的自然通风。     

列车通过隧道时流场的二维数值模拟分析

利用计算流体动力学软件 Star-CD,建立了列车通过隧道时的二维动网格模型,模拟在不同车速下,隧道内活塞风和压力场的动态变化规律,并比较不同外形和运行速度时列车所受到的空气阻力.模拟结果表明:列车通过隧道时的运行速度越大,产生的活塞风风速越大,相对压力越大,列车所受的空气阻力越大;列车通过隧道内某一测量点时,活塞风风速会发生突降,活塞风最大风速在列车尾流中形成;车头到达隧道入口时,最大压力突增,并很快达到最大值,随后逐渐减小;车尾到达隧道入口时,车尾最小压力突降;车身在隧道内时,车尾的最小压力波动较小;流线形列车所受的空气阻力约为钝形列车的0.5~0.7倍.     

城市隧道双洞口污染物扩散模拟分析

研究目的:为了探讨城市双洞隧道污染物扩散情况,分析车辆出口隧道对车辆进口隧道污染物扩散的影响,采用CFD技术和气体扩散方程,对某城市双洞口隧道CO扩散进行模拟分析,讨论隧道洞口间隔墙设置的必要性。研究结论:模拟结果表明洞口间不设置隔墙时,出口隧道设计阀值200 ppm的排放条件下,入口隧道局部CO浓度可以达到60 ppm,而设置隔墙的情况下,入口隧道最大CO浓度在20 ppm,可见有必要设置隔墙,以对入口隧道设计环境进行改善。     

高速列车气动噪声源特性研究

本文建立包括头车、尾车、中间车、受电弓、6个转向架在内的CRH3高速列车整车三维绕流流动的物理数学模型,用Fluent软件内大涡模型数值计算外部瞬态流场,得到时域Lighthill声源项,对时域声源项进行傅利叶变换得到频域声源项,用有限元-无限元法计算高速列车车头及转向架、受电弓、车尾及转向架附近的气动噪声,得到高速列车主要气动噪声源的声压分布及特点。计算结果表明:受电弓弓头部附近气动噪声最大,而且具有更多高频噪声,300km/h速度运行时其总声压级为156.3dB,受电弓底座也具有很高的声压级,并且具有较多的低频噪声;在车头及第一个转向架附近,转向架区域噪声明显高于车头鼻尖处,其总声压级分别为135.3dB和129.7dB;在车尾及最后一个转向架附近,车尾部噪声大于转向架区域噪声;总气动噪声声压级按受电弓滑板、受电弓底座、车尾部、第一个转向架、车头部逐次降低。通过与现有文献的对比分析,证明了本文计算结果的正确性。     

隧道施工压入式通风效果分析及参数优化研究

对隧道台阶法施工压入式通风效果进行分析并提出相关参数优化措施,利用流体力学软件Fluent,建立隧道三维模型并进行了数值模拟,分别对上台阶不同开挖长度及风管不同布设位置下流场特性的对比,分析了通风系统各参数对通风效果的影响。模拟结果表明:台阶的存在改变了射流发展一般性,射流主体提前收缩,有效射程减少;上台阶长度越短,射流有效射程越大,涡流区域覆盖范围越小;风管沿侧壁布设且管口至掌子面距离在5~10m时,通风效果最佳。     

隧道火灾三维数值模拟的瞬态分析

用连续方程、动量方程、能量方程及气体组分方程描述隧道内气流流动状态,采用湍流粘性系数模型中考虑浮力影响的湍流模型方程(K-ε方程),对某实验隧道火灾进行三维数值模拟瞬态分析,研究隧道火灾特性和烟气的速度场及温度场发展规律。研究结果表明,在横截面上先被加热的是拱顶,随着时间推移,高温烟气不断对其进行对流换热,整个横截面温度逐渐升高,且分布发生变化,经过一定时间后,分布形式基本确定,并向稳态逼近。采用3 m.s-1的机械通风,隧道内没有出现烟气逆流区,很好地抑制了气流的回流,满足隧道火灾通风要求,为上游人员及车辆逃离提供了气流通道。     

海拔对铁路隧道内瞬变压力及车厢内乘坐舒适性的影响

利用计算流体力学软件FLUENT,基于三维可压缩、黏性、非定常流场数值模拟方法,建立隧道-空气-列车三维数值仿真模型.针对高海拔地区隧道空气动力学效应,研究列车以300 km/h的速度运行通过不同海拔隧道时产生的隧道内瞬变压力及车体表面瞬变压力的变化特征,分析大气压和温度等因素对瞬变压力的影响规律,得到海拔高度与瞬变压...     

近距离爆破对既有隧道的振动影响

根据实测资料,运用统计回归方法,进行近距离爆破对隧道周边振动场分布影响的分析,得出结论:最大振动速度出现在隧道迎爆侧的墙壁和拱部,墙脚点振动速度较小,背爆侧振动相对较轻;爆源越近,迎爆侧与背爆侧振动反差越大。比例距离越大,隧道周边的振动峰值速度分布越趋于均匀;爆破夹制作用越大,邻近隧道产生的爆破振动越大;岩体越坚硬完整,振动峰值衰减越慢。提出增加起爆段别,减小单段爆炸药量,增加空孔,改善临空面,减小夹制作用等降低爆破振动的措施。     

高速列车过隧道时对接触网安全性的影响分析

为研究高速列车过隧道时对接触网系统安全性的影响,采用数值模拟的方法,利用滑移网格技术,对不同编组的高速列车以350 km/h的速度分别通过单线隧道和双线隧道的过程进行仿真,通过监测吊柱位置处的气流速度和气体压力,得到隧道内活塞风特性;基于气动特性仿真结果,对接触线风振响应进行模拟仿真,得到隧道内接触线位移偏量范围。结果表明,列车编组越多,隧道断面越小,列车车速越大,形成的列车风速度越大,气动特性越显著;列车进入隧道入口瞬间,接触线有最大正向位移偏量为2.92 mm。     

海底隧道三洞并行施工通风方案优化研究

研究目的:针对钻爆法施工有害气体扩散规律的研究,目前对单洞独头掘进研究较多,对“三洞并行”施工通风研究较少。为探究海底隧道三洞并行施工较优的通风方案并优化风机布置,以青岛胶州湾第二海底隧道工程为依托,重点对海域钻爆段“三洞并行”施工污染物运移规律进行研究。通过建立“双孔大断面正洞+小断面服务隧道”的“三洞并行”三维模型,使用FLUENT软件三维紊态RNG k-ε模型和组分输运模型模拟隧道爆破后CO浓度分布,分析三种通风方案下CO浓度场变化规律,在此基础上对横通道射流风机布置进行优化。研究结论:(1)三洞并行工况下,利用中间服务隧道可以有效排出多个工作面钻爆施工产生的污染物,但在横通道区域会有污染物滞留现象;(2)在服务隧道内加入射流风机后,全程无明显CO滞留现象,并且可以明显降低浓度峰值,加快CO排出浓度速率;(3)距离横通道中心10 m处为横通道射流风机最佳放置位置;(4)本研究成果可为相关海底隧道施工通风的设计与施工提供参考和借鉴。     

敞开式TBM掘进工作面通风环境研究

依托中天山特长铁路隧道施工,利用流体计算软件FLUENT对敞开式TBM掘进工作面附近的流场进行模拟,得到隧道内风速、温度、粉尘及CO浓度分布规律,并与现场实测结果进行了比较。研究结果表明:新鲜风到达工作面附近风量急剧减少,导致工作面附近温度升高、粉尘聚集;在工作面附近,主要热量来源为机械刀盘凿岩产生的热量及TBM机身散热;CO浓度在工作面附近并不是最高,浓度较高的区段在隧道中部,其主要来源为机车排放的废气;粉尘浓度随着距工作面距离增加而急剧下降,最终在隧道内趋于稳定。研究结果可为TBM施工通风措施的优化提供技术支持。     

地铁列车运行速度对客室内火灾烟气扩散的影响

地铁列车在隧道内运行若遇客室着火,一般继续运行到前方车站进行救援,此时客室内的烟气扩散危及乘客生命安全.以客室内乘客行李着火的场景为例,通过对客室内的温度场和烟气流动进行数值模拟,分析了列车运行速度对客室内烟气扩散过程的影响.结果 表明:火灾发生后,客室内的温度和烟气浓度沿纵向均呈不对称形式的增长,后方区域的温度和烟气浓度均高于前方区域的;列车运行速度越高,单位时间内通过客室顶部风口排出客室的烟气越多;后方区域人眼高度位置处的温度和烟气浓度均随列车运行速度呈二次曲线关系减小.     

高速列车通过隧道时气动阻力特性的CFD仿真分析

基于可压缩流体的纳维—斯托克斯方程和RNG k-ε模型,以由头车、中间车和尾车3辆车编组的某高速列车1∶8风洞试验模型为研究对象,采用计算流体动力学软件(CFD),建立包括车体和走行部的三维非结构化列车表面离散网格模型和列车与隧道、列车与明线空间的组合计算网格模型,研究高速列车通过隧道时气动阻力的时变特性和规律.结果表明:高速列车在车尾刚进入隧道人口时其气动阻力达到最大值,为同样工况下明线运行时的2.5倍;高速列车完全进入隧道后,其气动阻力在一段时间内处于相对平稳期,为明线运行时的1.8倍;之后在隧道压力波的作用下,高速列车的气动阻力会发生准周期变化,变化幅度接近明线运行时的60％;在隧道长度大于高速列车长度的前提下,高速列车通过不同长度隧道时,其进入隧道时的气动阻力最大值均比较接近,而且在隧道内运行时的气动阻力变化特征和幅值也基本相同.     

竖井对高速铁路隧道列车风的影响研究

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,以带有竖井的高速铁路隧道为研究对象,建立隧道-竖井-列车-空气三维数值模型,列车运行速度为350 km/h,研究高速铁路隧道竖井交叉结构段列车风的时程变化规律和空间分布特点,分析竖井面积、长度和交叉角度对列车风的作用效果,判定高速铁路单、双线隧道交叉结构段列车风最不利情况。研究结果表明:隧道线路上方典型位置处纵向列车风速度峰值分别是横向列车风和竖向列车风的4.4倍和2.6倍;列车车头经过隧道交叉结构段时,该位置纵向列车风形成涡流,单线隧道处其速度超过20 m/s;竖井会造成隧道交叉段45 m范围内的列车风速度大于一般结构段;高速列车经过单、双线隧道交叉结构段时,典型位置处纵向列车风的速度最大值分别为20.16和18.20 m/s。     

运行中地铁列车的车内外压力变化特性研究

通过对我国某型地铁列车进行隧道空气动力学实车线路试验,得到地铁列车实际运行过程中车内、外压力变化规律。试验结果表明:该型地铁列车车内压力变化满足我国地铁设计规范舒适度评价标准及美国地铁人体舒适度评价标准。地铁列车运行过程中,最长隧道区间的车内、外压力变化幅值明显大于其它隧道;列车以不同速度和模式运行中,车内1.0 s、1.7 s、3.0 s时的压力变化幅值和车外各测点压力变化幅值均不相同,车体表面测点压力变化由车头至车尾方向呈逐渐减小的趋势。     

市域列车与隧道耦合气动效应数值模拟分析

为研究市域列车通过隧道的气动载荷变化规律，利用三维、瞬态可压缩的标准k-ε湍流模型计算了4节编组市域列车通过3种不同断面隧道时的气动效应，并分析了车体表面、隧道壁面及紧急疏散平台的压力时程变化。结果表明：(1)隧道A情况下的列车表面压力峰值为2 600 Pa,隧道壁面压力峰峰值为4 100 Pa;隧道B情况下的列车表面压力峰峰值为2 000 Pa,隧道壁面压力峰峰值为3 300 Pa;隧道C情况下的列车表面压力峰峰值为3 700 Pa,隧道壁面压力峰峰值为5 500 Pa; 3种不同断面各隧道条件下，紧急疏散平台处压力变化规律与隧道壁面压力变化规律基本一致。由此可见，隧道阻塞比越大，隧道内压力波变化越剧烈。(2)隧道A测点x(线路纵向)方向气流速度变化峰值为17 m/s,隧道B测点x方向气流速度变化峰值为32 m/s,隧道C内疏散平台测点x方向上的气流速度变化幅值最大，约为40 m/s,隧道A、B、C内疏散平台测点在y(线路横向)和z(线路竖向)方向上的速度变化不大。     

基于动态网格技术和离散相模型的地铁隧道活塞风特性及通风竖井井口污染物扩散研究

利用动态网格技术和DPM(离散相模型)技术,并使用控制变量法分析了地铁列车行车速度、阻塞比、通风竖井数量等因素对隧道内活塞风速度场分布规律的影响,以及不同竖井数量下井口释放污染物的扩散规律.结果 表明:隧道内活塞风速度场的分布情况及通风房间内污染物的衰减规律与试验数据基本一致;竖井风量和行车速度、阻塞比成正比,而与竖井数量无明显关系;活塞风速与行车速度、阻塞比成正比,而与竖井数量亦无明显关系;当井口释放污染物时竖井的数量越多,隧道内的污染越严重.     

列车循环荷载下交叠隧道结构疲劳寿命预测分析

基于南京地铁某双线四孔交叠隧道节点,建立了四孔交叠隧道-土体系统动力计算模型,分析列车循环荷载下隧道结构动力响应,基于Miner线性累积损伤理论与FE-SAFE疲劳寿命计算软件,研究交叠隧道结构疲劳寿命,探讨列车运行速度、交叠隧道净距对交叠隧道疲劳寿命的影响.研究结果表明:四孔交叠隧道具有动力放大效应,疲劳寿命薄弱点为四孔交叠隧道中心处;距离四孔交叠隧道交叠区2倍隧道直径以外的区域动力放大效应明显衰退,对结构疲劳寿命影响已不大,定义为非交叠区;定义疲劳寿命折减系数η为交叠区最短疲劳寿命与非交叠区疲劳寿命的比值,列车行驶速度越低或交叠隧道净距越大,则η越大.