长大公路隧道通风物理模型试验研究

【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—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°。