近接隧道污染物窜流特性与通风能耗分析

采用三维壁面射流理论分析隧道洞口排污的射流特性,在此基础上建立近接隧道污染物窜流的理论模型,理论计算结果与已有研究试验数据吻合良好。在不考虑地形、环境风、交通流等影响时,窜流比φ主要受上下游隧道间距x与洞口水力直径D的影响,φ随x/D的增大而减小,为了控制窜流比在10%以下,x/D应大于25。理论计算表明:随着窜流比的增加,下游隧道的需风量增加,隧道通风能耗陡增;且需风量和能耗的增幅随窜流比的增大而增大。为抑制近接隧道需风量和通风能耗的增加,除了降低窜流比,还可采用竖井进行提前排污。     

基于CFD技术的毗邻隧道污染物窜流特性研究

毗邻隧道污染物窜流会引起下游隧道的二次污染,造成通风运营成本和能耗增加。以叶麻尖隧道为工程原型,通过CFD数值模拟软件进行了一系列全尺寸数值计算,研究了毗邻隧道CO、烟尘污染物的窜流特性。结果表明:上游隧道出口风速和下游隧道进口风速相等时,风速大小对污染物窜流影响很小;烟尘颗粒的窜流与颗粒粒径有关,0.08μm(超细颗粒物)烟尘的窜流效应要小于粒径颗粒为0.9μm(积聚颗粒物)和5.3μm(粗颗粒物)烟尘的窜流效应,差值为10%左右,后面两者的窜流效应相差不大;变风速工况下,风速比是污染物窜流的决定因素,污染物窜流比随着风速比的增大而增大,风速比小于1.5时,增长趋势较快,接近线性增长,当风速比大于1.5时,增长趋势缓慢,而毗邻隧道污染物窜流的浓度比随着风速比的增大而减小。     

高速铁路隧道分段式纵向通风设计及通风短路问题研究

分析了高速铁路隧道的阻力分布特征及通风压力计算模型,运用网络通风理论,结合典型工程案例计算了不同工况条件下隧道内各段的风速、风量分布。结果表明:高速铁路隧道的通风竖井距离隧道出入口较近时,会在隧道出入口形成通风短路,使得区间隧道内的纵向排烟风速受到影响;在隧道洞口设置射流风机,能够增强区间隧道内纵向排风效果,有效解决分段式纵向通风短路问题,保证火灾上游人员的安全疏散及消防救援。     

南昌红谷隧道通风及洞口污染物排放分析

通过对隧道需风量计算、通风网络模拟及现场风速测试,得到了隧道各匝道在不同车速条件下的通风量,分析了多匝道风量分配特性;采用隧道出口污染物扩散TOP模式,预测隧道出口不同风量条件下的污染物扩散情况,并实测了隧道出口污染物浓度,分析了洞口排风对敏感建筑附近环境的影响。研究表明,城市隧道通风计算中污染物CO基准排放量取值偏高,需风量计算值偏大。认为在相关标准编制及工程设计中应重视机动车尾气排放中NO_x的基准排放量和浓度控制值;对于多匝道隧道,可以通过诱导交通组织和调节分离匝道风量分配比例,降低距离敏感建筑物较近出口污染物浓度。     

长大公路隧道短道通风系统仿真与优化

本文利用三维建模技术建立了长大公路隧道竖井送排式短道通风模型,并基于有限元理论,通过计算流体动力学仿真,对长大公路隧道竖井送排式通风特有的短道通风状态进行了仿真分析。通过对送风口速度、排风口速度和排风角度不同组合的仿真分析,利用流体迹线图进一步确定了排风量与第一区段设计风量之比、送风量与第二区段设计风量之比及排风角度的量化关系。     

毗邻隧道上游污染物对下游影响的研究

针对隧道群中毗邻隧道间的相互影响进行模型实验及数值模拟研究。模型实验基于相似化、自模化理论通过对模型隧道内壁面加糙的方法,建立了几何比尺为1∶40的公路隧道模型,模拟值与实验值基本吻合,最大相差仅8%,验证了模拟值的可信性。并提出了减少毗邻隧道污风混入率的小范围错开理论,结果显示:对于相距13 m、50 m的毗邻隧道,上下游仅错开4 m,污风混入率便可由96.23%,80.44%减少到61.64%,44.64%,这对于减少上下游隧道间的通风窜流是十分有效的。数值模拟结果显示:当隧道距离大于400 m,上游隧道射流风速小于2 m/s时,毗邻隧道二次污染百分比小于5%。因此提出以400 m作为隧道群中毗邻隧道和连续隧道的划分依据。微风天气下(3.4 m/s),上下游隧道间距大于30 m,可以不考虑上游隧道出口污染空气对下游隧道的影响。     

越江盾构隧道竖井通风方案的研究

根据某越江盾构隧道土建及交通量情况,在各行车工况需风量计算的基础上,运用通风网络理论进行了竖井集中排风和竖井部分排风的通风方案分析.通过分析,比较了两通风方案的通风能耗、风网稳定性及通风效果.研究表明:采用竖井集中排风方案比采用竖井部分排风方案能耗要大,在各设计年份能耗分别大16%～19%.竖井集中排风方案出口风路风量的变化量总体比竖井部分排风方案的变化量要大,表现为风量减小和风流反向,竖井集中排风方案风网的稳定性差.采用竖井部分排出方案时,竖井后隧道内风流仅发生大小变化,各行车工况下流过的风量均能满足稀释污染物浓度的要求,其通风效果好于竖井集中排风方案.     

公路隧道通风程序化设计及应用

通风设计是公路隧道特别是特长公路隧道设计的重要环节。公路隧道通风设计的参数繁多,计算复杂,方案比选次数多,过程烦琐,而目前通风计算手段落后,严重影响隧道通风设计的效率和质量。对通风计算过程中的排风口升压系数和阻力系数等计算公式进行了推导,并应用在程序化设计过程中。通过程序化计算,可实现隧道需风量及风机配置的自动计算,进行隧道内风速、浓度、压力曲线的绘制,并生成需风量计算及风机配置计算计算书,大大提高了公路隧道通风设计的质量和效率。     

室内通风优化的三维数值分析

对典型的地下室通风进行了数值模拟,模型采用紊流的k-ε双方程模型,得到在气流影响下有固定污染源的室内浓度分布,并分析比较了三种送排风方式下的通风效率,得出在送风量一定的方式下排污效率较高的通风方式,从而为通风优化设计提供了一定的参考。     

炼钢电炉高温烟气流场特性及侧吸罩的优化研究

针对电炉炼钢工艺过程产生大量高温含尘烟气的问题,研究了高温烟气流场特性、排风罩性能及其优化方法。结合炼钢现场的测试分析,采用数值模拟的方法,在分析原排风系统流场特性的基础上,分析了排风罩的开口率、排风系统风量配比和排风罩安装高度3个因素对排风罩性能的影响。同时进行了正交试验设计,确定3个因素的主次顺序以及最优组合。研究结果表明:随着侧吸罩罩口开口率的增大,排风罩的捕集效率呈现先增大后减小的趋势,罩口开口率存在一个最优值;增大排风系统中距离热源近的排风罩的风量配比,捕集效率先增大后减小,侧吸罩风量配比存在一个最优值;在某一个侧吸罩安装高度范围内,随着侧吸罩安装高度的增加,排风罩的捕集效率增加。3个影响因素主次顺序为风量配比、安装高度、开口率,当以最优组合进行模拟时,捕集效率可达到63.95%。     

青岛第二海底隧道新型海中送排通风方案探析

根据青岛胶州湾海底隧道的顶部排烟道、服务隧道、黄岛岸边竖井、盾构底部救援通道的布置,提出了不设海中竖井的新型海中送排通风方案,在分析确定了海中送排风量的基础上,对不同行车工况下隧道内风流流动进行了计算,提出了新型海中送排运营通风设备配置及控制方案,并与海中设竖井通风送排方案进行了对比分析。结果表明:南北两线黄岛送排风、服务隧道海中送风、救援通道海中送风、南线分岔前海中送风、排烟通道海中排风、出口风塔排风风机独立设置后,新型海中送排通风方案通风效果良好,尽管比海中设竖井通风方案年能耗略大,系统布置略显复杂,但能有效利用服务隧道、南北线顶部排烟道、盾构底部救援通道,实现超长海底隧道海中少设通风竖井,避免了极大的施工风险,保护了海域环境,为超长海底隧道通风方案制定提供了新理念。     

纵向通风与竖井自然排烟下隧道火灾烟气特性实验研究

中国逐渐发展成为世界上隧道和地下工程最多的国 家,其长隧道数量和长度跻身世界前列。据统计,火灾中85%的 人员死亡是由热烟气造成的,目前隧道中采用较为广泛的排烟系 统有纵向排烟系统、集中排烟系统和横向排烟系统,而针对长隧道 来说,我国广泛采用的是竖井式纵向通风,因此,研究纵向通风与 竖井排烟综合效应下隧道火灾烟气流动特性及温度分布规律具有 重要意义。本文建立了1：10 缩尺寸竖井隧道模型,主隧道长度 16.5 m,宽度1.3 m,高度0.65 m;竖井通过排烟横通道与主隧道 连接,排烟横通道设置在主隧道侧面中部,尺寸为1.2 m 长、0.6 m 宽、0.4 m 高;竖井横截面为半径0.6 m 的1/4 圆,高4.6 m。在 竖井隧道模型中开展了一系列油池火实验,选取2 种方形燃烧池 （20 cm×20 cm、23 cm×23 cm）作为火源,设置2 个纵向火源位置 （位置A：火源中心线与排烟横通道中心线距离0.375 m;位置B： 火源中心线与排烟横通道中心线距离1.375 m）,7 种纵向通风风 速（0,0.18,0.27,0.35,0.44,0.52,0.69 m/s）,定量分析不同工 况下温度分布及烟气逆流长度。研究结果表明：当无纵向通风时, 火焰与隧道地板垂直,且呈轴对称形态;当有纵向通风时,火焰向 下游偏移,且纵向通风风速越大,火焰向下游偏移越明显;当纵向 通风风速为0 m/s 时,由于竖井的存在,火源上、下游两侧烟气温 度分布并非对称,火源下游（竖井侧）烟气温度下降速度较快,与单 洞隧道烟气温度分布明显不同;随纵向通风风速增加,烟气逆流长 度和烟气温度减小,而最大温度偏移距离整体呈增加趋势;当无量 纲纵向通风风速v′＜0.19 时,主隧道最大温升△Tmax 与Q2/3/ Hef 5/3 呈正比,而当无量纲纵向通风风速v′＞0.19 时,主隧道最大 温升△Tmax 与Q? /(vb1/3Hef 5/3)呈正比,但常数系数均小于Li 等预 测模型中的常数系数;竖井隧道内无量纲纵向烟气温度分布符合 Fan 和Ji 等建立的纵向温度衰减模型,衰减系数k′在1.36~1.63 范围内变化,但其值明显大于单洞隧道纵向温度衰减系数k′;另 外,当火源位于位置A 时,最大烟气温度低于火源位于位置B 时 的最大烟气温度,无量纲纵向烟气温度衰减速度慢于火源位于位 置B 时衰减速度。     

火源—竖井间距对自然通风隧道火灾烟气流动特征的影响

通过数值计算,研究顶部开口自然通风隧道火灾火源–竖井间距对烟气流动特征与竖井排烟效率的影响。考虑因素有火源–竖井间距、竖井断面尺寸。结果表明：随着火源–竖井间距的增大,竖井前方来流烟气的质量流量增大,且竖井的排烟效率逐渐降低,竖井内空气卷吸量减少;当火源–竖井间距较小时,竖井更有利于排出更多的热量,竖井后方的温度降低幅度更大,烟气可以被控制在更小的范围内。此外,随着竖井截面尺寸的增大,竖井的排烟效率增加,且增大竖井的宽度更有利于增加竖井的排烟量。因此建议当相邻竖井的间距较大时,可适当增加竖井的截面尺寸和竖井高度。     

户外多火源燃烧危险性试验研究

摘 要：开展了不同火源间距（1.5D、1.75D、2D）和不同油盘直径（1.0,1.4,1.7 m）下户外多火源燃烧和单火源燃烧对比试验,试验中利用摄像机、电子天平、热电偶阵列分别监测了火焰高度、火源燃烧速率和几何中心温度。结果发现,四火源燃烧时各个火源的燃烧速率高于相同直径下单火源的燃烧速率,而且均在火源间距1.5D时发生了火焰融合现象,火焰融合高度高于相同直径下单火源的火焰高度,表明多火源燃烧危险性更大。四火源融合后,在连续火焰区、间歇火焰区、羽流区几何中轴线火焰温度随高度的指数变化分别为0.13、-1.02、-1.46,与普通浮力池火公认的中轴线温度变化基本保持一致,表明多火焰融合后形成了一个普通的浮力池火。     

地铁长隧道排烟道代替部分中间风井方案烟气特性研究

长区间隧道的防排烟系统设计通常是设置中间风井,但中间风井的设置容易受到多方面因素制约,可采用拱顶排烟道代替部分中间风井。为验证并拓展拱顶排烟道代替方案可行性,通过理论分析了3种排烟道设置方案对应的烟气控制方式。基于广州某区间地铁,通过数值模拟对排烟道设置方式进行验证,得到不同条件下3种排烟道设置方式控制烟气效果对比,结果表明：单侧送风1.6 m/s且排烟量为140 m3/s时基本可以控制火灾位于中间通风区段时烟气的排出。当火灾位于靠近风井或排烟口下方时,送风风速1.4~1.6 m/s、排烟量140~150 m3/s可有效控制烟气。证明了排烟道代替部分中间风井的可靠性,拓展了该方案的适用性。     

通风对竖井型隧道火灾烟气特性影响试验研究

通过隧道火灾模型试验,研究纵向通风对竖井排烟效果及隧道内纵向烟气温度分布的影响。试验考虑不同火源热释放速率和纵向风速。结果表明：纵向风速对正庚烷池火热释放速率存在影响,对于较小正庚烷池火（≤11 cm）,火源热释放速率基本不随纵向风速而改变;对于较大正庚烷池火（≥14 cm）,火源热释放率随风速的增加先降低后基本保持恒定。此外,当隧道内风速较小时,竖井内烟气附壁排出,竖井后方烟气温度较低,控烟效果较好;当隧道内风速较大时,竖井内烟气出现边界分离,竖井后方温度升高,烟气蔓延距离增加,竖井排烟效果较差。因此,建议当竖井型隧道内发生火灾时,应尽量采用自然通风或较低的内部通风,避免较高风速。     

顶部开口自然通风隧道火灾竖井排烟效率研究

通过数值计算方法,研究了顶部开口自然通风隧道竖井的排烟效率。考虑了火源热释放速率、竖井高度、长度和宽度及竖井位置的影响,并与竖井排烟效率计算模型进行对比。研究结果发现：竖井的排烟效率随竖井高度的增加而略微增大;竖井的排烟效率基本不随火源热释放速率的变化而变化;随着竖井长度和宽度地增加,排烟效率大幅增加;此外,当竖井位于顶棚中央时,排烟效率较位于顶棚一侧的排烟效率高,且烟气控制效果好。此外,竖井排烟效率模型可以较好地预测不同竖井尺寸和位置的排烟效率。     

Effects of the solid curtains on natural ventilation performance in a subway tunnel

Solid curtains can be installed in subway tunnels for the promotion of air ventilation in ventilation ducts in association with the piston effect caused by a running train. With an aim to analyze the effects of solid curtains on duct ventilation performance in a subway tunnel, the current study adopts the tunnel and subway train geometries which are exactly the same as those in a previous model tunnel experiment, but newly incorporates two ventilation ducts connected vertically to the tunnel ceiling and two solid curtains placed at an upstream position of a duct near the tunnel inlet and at a downstream position of another duct near the tunnel outlet, respectively. A three-dimensional CFD model adopting the dynamic layering method for tracking the motion of a train, which was validated against the reported model tunnel experiment in a previous study, is employed to predict the train-induced unsteady airflows in the subway tunnel and in the ducts. The numerical results reveal that the duct ventilation performance in a subway tunnel strongly depends on the operation of the solid curtains. The suction mass flow of the air through the duct near the tunnel inlet and the exhaust mass flow of the air through the duct near the tunnel outlet are increased considerably in the case with the solid curtains in comparison with those in the case without the solid curtains.     

纵向通风与侧壁开口竖井自然排烟协同作用下烟气运动模拟

为探究山岭隧道火灾烟气运移特性,采用数值模拟的方法,选取两种典型火源功率(20 MW及50 MW),分析不同纵向风速下火源位置对隧道顶棚下方沿程温度分布规律、烟气运移速率及竖井内烟气质量流量的影响规律.研究结果表明,纵向风速低于3m/s时,不同火源位置时,火源上游沿程温度均随纵向风速增加逐渐降低,而下游沿程温度随纵向风...