關(guān)于隧道縱向通風(fēng)的一些探討

1、關(guān)于隧道縱向通風(fēng)的一些探討 摘要：公路隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)是隧道總體設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，合適的通風(fēng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮到通風(fēng)效果、施工難度、設(shè)備投入、運(yùn)營(yíng)成本等因素。針對(duì)隧道縱向通風(fēng)，選取一個(gè)隧道區(qū)段，用fluent軟件模擬分析風(fēng)流在隧道不同斷面內(nèi)的分布情況，并將風(fēng)機(jī)傾斜不同角度，分析其對(duì)通風(fēng)效果的影響。 關(guān)鍵詞：公路隧道；縱向通風(fēng)；fluent軟件；風(fēng)機(jī) 中圖分類號(hào)：x734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)： 1前言 近年來，我國(guó)公路交通事業(yè)迅猛發(fā)展，隨著高速公路向山區(qū)延伸，公路隧道工程建設(shè)也日益增多，已經(jīng)出現(xiàn)了許多中長(zhǎng)隧道甚至特長(zhǎng)公路隧道。在整個(gè)公路隧道的建設(shè)中，通風(fēng)方案的優(yōu)劣及運(yùn)營(yíng)效果的好壞，將直接關(guān)

2、系到隧道的救災(zāi)工程、運(yùn)營(yíng)環(huán)境等。我國(guó)逐步重視公路隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)問題，交通部近年相繼發(fā)布了相關(guān)規(guī)范，這對(duì)我國(guó)的公路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)計(jì)起到了很好的規(guī)范和指導(dǎo)作用。但在具體通風(fēng)設(shè)計(jì)中還存在許多需要進(jìn)一步探討的問題。 2縱向通風(fēng)隧道內(nèi)的風(fēng)流是怎樣的？ 在fluent中采用二維模型進(jìn)行模擬，取隧道的一區(qū)段，用長(zhǎng)250m，高10m的矩形進(jìn)行模擬，風(fēng)機(jī)用長(zhǎng)2m高1m的矩形進(jìn)行模擬，風(fēng)機(jī)設(shè)置于隧道中部，其外殼上部中點(diǎn)距隧道拱頂0.2m。當(dāng)風(fēng)機(jī)軸線與隧道軸線平行時(shí)，從圖1和圖2可以看出，在風(fēng)機(jī)后面的斷面內(nèi)流速分布比較均勻，而在風(fēng)機(jī)附近及前面則比較紊亂，在風(fēng)機(jī)前面同一斷面上部的空氣流速明顯高于下部，個(gè)別區(qū)段近路面處

3、的流速幾乎接近零，但考慮到隧道內(nèi)行使車輛的交通風(fēng)作用，此段的空氣會(huì)得到替換而不會(huì)影響通風(fēng)效果，隨著距離的延伸這種現(xiàn)象逐漸減弱，隧道橫斷面內(nèi)的風(fēng)流趨于平穩(wěn)。 公路隧道縱向通風(fēng)中，射流風(fēng)機(jī)一般設(shè)置在隧道拱部，其風(fēng)速一般為25m/s30m/s，遠(yuǎn)高于隧道斷面的平均流速，再加上風(fēng)機(jī)距離拱頂襯砌較近，所以形成明顯的貼壁射流（圖1）。在貼壁射流狀態(tài)下，較多能量消耗在高速流體與襯砌壁面以及高速流體與低速流體之間的摩擦中，轉(zhuǎn)化為熱能，從而降低通風(fēng)效率，因此如果將風(fēng)機(jī)出口略向下斜，使其與隧道軸線成一定夾角，則可以降低能量損失，提高通風(fēng)效率。但如果風(fēng)機(jī)出口向下傾斜角度過大時(shí)，由于風(fēng)機(jī)斷面的風(fēng)速較高，高速風(fēng)流會(huì)以一

4、定的夾角沖到隧道內(nèi)路面上，并且風(fēng)機(jī)射出的風(fēng)的方向與隧道斷面的風(fēng)夾角過大時(shí)對(duì)其合流的影響也會(huì)比較大，再加上風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口會(huì)受到影響，這樣又會(huì)降低通風(fēng)效率，所以傾斜角度的選擇很關(guān)鍵。 圖 1 3數(shù)值模擬射流風(fēng)機(jī)不同傾斜角度時(shí)隧道的通風(fēng)狀況 為降低能量損失，提高通風(fēng)效率，采用fluent軟件模擬隧道的縱向通風(fēng)的一個(gè)區(qū)段以確定合理的風(fēng)機(jī)傾斜角度。在fluent中采用二維模型進(jìn)行模擬，取隧道的一段，用長(zhǎng)250m，高10m的矩形進(jìn)行模擬，風(fēng)機(jī)用長(zhǎng)2m高1m的矩形進(jìn)行模擬，風(fēng)機(jī)設(shè)置于隧道中部，其外殼上部中點(diǎn)距隧道拱頂0.2m。隧道兩側(cè)均取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速取為25m/s，然后分別使風(fēng)機(jī)傾斜不同角度進(jìn)行數(shù)值

5、計(jì)算（結(jié)果如表1所示），取隧道進(jìn)出口的平均流量最大時(shí)的角度為最佳角度。 表1風(fēng)機(jī)傾斜不同角度時(shí)的隧道進(jìn)出口流量 由表中可以看出，當(dāng)風(fēng)機(jī)傾斜角度小于4時(shí)，隧道進(jìn)出口斷面內(nèi)的平均流量隧角度的增大而增大，這是由于風(fēng)機(jī)軸線與隧道軸線不再平行后，從風(fēng)機(jī)射出的高速流體與襯砌壁面以及高速流體與低速流體之間的摩擦減少，所損耗的動(dòng)能減少，所以隧道斷面的平均流量有所增加，但當(dāng)傾斜角度大于4時(shí)，由于從風(fēng)機(jī)射出的風(fēng)流的方向與隧道斷面內(nèi)的風(fēng)流方向夾角增大（圖2），對(duì)其合流的影響增大了，另外，高速風(fēng)流甚至直接沖到路面上，再加上風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口朝上傾斜對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)氣的影響，所以隧道進(jìn)出口斷面內(nèi)的平均流量隧角度的增大而減小。就上面這個(gè)

6、案例的分析來看，4是合適的傾斜角度。 圖 2風(fēng)機(jī)向下傾斜10 根據(jù)表及以上分析可知，將風(fēng)機(jī)出風(fēng)口向下傾斜一定角度對(duì)通風(fēng)是有利的，在其他條件不變時(shí)，可使風(fēng)量增大2%左右，所以，使風(fēng)機(jī)適當(dāng)傾斜使其軸線與隧道軸線成一定夾角是有必要的。同理，對(duì)于曲線隧道，風(fēng)機(jī)除了應(yīng)向下作適當(dāng)傾斜外還應(yīng)視隧道曲線半徑及隧道斷面的具體情況將風(fēng)機(jī)朝曲線內(nèi)側(cè)作適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)。 結(jié)論 由上面的分析可知，采用縱向通風(fēng)方式的隧道內(nèi)的風(fēng)流在風(fēng)機(jī)附近及前面比較紊亂，呈現(xiàn)上快下慢的狀態(tài)，由于風(fēng)機(jī)靠近拱頂且射出的風(fēng)遠(yuǎn)高于隧道內(nèi)的平均風(fēng)速，所以會(huì)形成貼壁射流現(xiàn)象，高速流體與襯砌壁面以及高速流體與低速流體之間的摩擦中消耗了部分動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為熱能，若將風(fēng)機(jī)向下傾斜一定角度，則會(huì)有所改善，但由于不同隧道的斷面大小、形狀、壁面粗糙度以及風(fēng)機(jī)型號(hào)和設(shè)計(jì)通風(fēng)速度的不同，傾斜角度應(yīng)該具體問題具體分析，另外，對(duì)于曲線隧道，在安裝風(fēng)機(jī)時(shí)還要根據(jù)隧道曲線半徑及隧道斷面的具體情況將風(fēng)機(jī)朝曲線內(nèi)側(cè)做適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)。 參考文獻(xiàn)： 1袁雪戡，蔣樹屏，謝永利 等. 秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究m.北京：人民交通出版社，2010 2余偉.談