| 标题 | 基于温度效应的高竖井双向公路隧道集中排风模式分析 |
| 范文 | 陈外才 陈林翼 摘 要：分析高竖井双向公路隧道热位差对隧道集中排风的影响规律，进一步优化高竖井双向公路隧道的通风模式。 关键词：高竖井双向公路隧道；热位差；集中排风；数值模拟 深埋长大公路隧道一般都会设置高竖井，高竖井内易产生较大的热位差，分析竖井内热位差如何影响公路隧道运营通风，研究优化公路隧道的节能通风方案，可有效降低公路隧道通风能耗。 1 模型分析 公路隧道模型长6000m高9m，竖井宽6m高600m（参考秦岭钟南山公路隧道最高竖井高度），隧道两端洞口各加上100m x 609m外部空气流场。公路隧道竖井与两端空气域等高，隧道与两端空气域一起构成U型管连通器通风系统。 2 热位差对高竖井双向公路隧道集中排风规律的影响分析 Fluent数值模拟中的公路隧道运营环境温度设置为：0℃、10℃、20℃、30℃，公路隧道两端洞口温度取运营环境温度，竖井口温度分别取.3.6℃、6.4℃、16.4℃、26.4℃，公路隧道壁温取20℃。竖井排风压取.100Pa、.200Pa、.300Pa，公路隧道两端洞口都取一个大气压，公路隧道壁粗糙度设0.07，双向公路隧道两个方向都有来车，不考虑隧道交通风压。在Fluent软件中根据实际情况设置模拟系数，开能量方程进行数值模拟，各工况模拟计算结果如下表。 由上表可知：高竖井双向公路隧道冬季运营（环境温度低于20℃）采用竖井集中排风方案可有效利用竖井内的浮升热位差（竖井内存在较大的浮升热位差），将极大地降低排风机能耗。此时，如竖井内风机排风功率相同，则环境温度越低隧道内风速越大。同时由图2知，高竖井双向公路隧道冬季运营采用竖井集中排风方案时，隧道和竖井内风速与竖井内排风压成正相关性，但随着排风压增大，两者正相关性逐渐减弱，说明风机排风功率并非越大越好，应以满足高竖井双向公路隧道通风需求为宜（避免风机能耗浪费）。因此，高竖井双向公路隧道冬季运营应采用竖井集中排风方案，如需打开竖井内排风机排风，应设置合适的排风压，避免能耗浪费。 由表格和图3知，高竖井双向公路隧道夏季（30℃环境温度）运营采用竖井集中排风方案的通风情况如下：（1）竖井排风压低于200Pa时，隧道為集中送风状态，此时排风压无法克服竖井内浮升热位差，隧道呈弱集中送风状态，且随着排风压增大，隧道和竖井内风速逐渐减小。（2）排风压增大至200Pa，排风压刚好克服竖井内热位差，竖井内空气基本处于静止状态（如图4），此时隧道和竖井风速降至最低。（3）排风压达到300Pa时，隧道通风状态转变为集中排风状态，隧道和竖井内风速开始随着排风压增大逐渐增大。故高竖井双向公路隧道夏季（环境温度为30℃）运营采用竖井集中排风方案存在能耗浪费的现象，此时竖井排风机需克服竖井内沉降热位差才能将隧道内空气排出，且竖井越高需克服的浮升热位差越大。故高竖井双向公路隧道夏季不宜采用竖井集中排风方案通风。 3 结论 （1）高竖井双向公路隧道夏季通风不宜采用竖井集中排风方案，需进一步论证竖井集中送风方案可行性； （2）高竖井双向公路隧道冬季通风应采用竖井集中排风方案，如需打开竖井内排风机排风，应设置合适的排风压（隧道运营中进行调试），避免能耗浪费。 参考文献： [1]陈外才.带竖井公路隧道运营通风热位差利用数值模拟[D].长安大学，2015. 作者简介：陈外才（1986.），男，汉族，四川成都人，硕士，中级工程师，主要研究方向：桥梁与隧道工程；陈林翼（1995.），男，汉族，湖南郴州人，本科，主要研究方向：工程管理。 |
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