陳外才 陳林翼
摘 要:分析高豎井雙向公路隧道熱位差對(duì)公路隧道集中送風(fēng)的影響規(guī)律,進(jìn)而優(yōu)化高豎井雙向公路隧道通風(fēng)模式。
關(guān)鍵詞:高豎井雙向公路隧道;熱位差;集中送風(fēng);數(shù)值模擬
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.084
0 引言
深埋長(zhǎng)大公路隧道一般都會(huì)設(shè)置高豎井,高豎井內(nèi)易產(chǎn)生較大的熱位差,將極大地影響公路隧道通風(fēng)。分析豎井內(nèi)熱位差對(duì)公路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的影響,深入研究高豎井雙向公路隧道合理的通風(fēng)方案,可避免高豎井雙向公路隧道通風(fēng)能耗嚴(yán)重或通風(fēng)不足。
1 模型分析
公路隧道長(zhǎng)6000m高9m,豎井寬6m高600m(參考秦嶺鐘南山公路隧道最高豎井高度),隧道兩端洞口設(shè)置100m x 609m空氣流場(chǎng)。公路隧道豎井與兩端空氣域等高,隧道與兩端空氣域一起構(gòu)成U型管連通器通風(fēng)系統(tǒng)。
2 熱位差對(duì)高豎井雙向公路隧道集中送風(fēng)影響分析
進(jìn)行Fluent數(shù)值模擬,公路隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境溫度設(shè)置為:0℃、10℃、20℃、30℃,公路隧道兩端洞口溫度取運(yùn)營(yíng)環(huán)境溫度,豎井口溫度分別取-3.6℃、6.4℃、16.4℃、26.4℃,公路隧道壁溫取20℃。豎井送風(fēng)壓取100Pa、200Pa、300Pa,公路隧道兩端洞口都取一個(gè)大氣壓,隧道壁粗糙度設(shè)置為0.07,雙向公路隧道兩個(gè)方向都有來(lái)車(chē),不考慮隧道交通風(fēng)壓。在Fluent軟件中根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置模擬系數(shù),開(kāi)能量方程進(jìn)行數(shù)值模擬,各工況模擬計(jì)算結(jié)果如表1。
根據(jù)表1和圖2分析,高豎井雙向公路隧道冬季(取0℃環(huán)境溫度條件的模擬數(shù)據(jù)分析)運(yùn)營(yíng)采用豎井集中送風(fēng)方案的通風(fēng)情況如下:(1)豎井送風(fēng)壓低于200Pa時(shí),隧道處于集中排風(fēng)狀態(tài),送風(fēng)壓無(wú)法克服豎井內(nèi)浮升熱位差送風(fēng)。且隨著送風(fēng)壓增大,隧道和豎井內(nèi)風(fēng)速逐漸減小。(2)豎井送風(fēng)壓增大到200Pa時(shí),隧道仍處于集中排風(fēng)狀態(tài)(弱排風(fēng)狀態(tài)),隧道和豎井風(fēng)速降至最低(送風(fēng)壓剛好克服浮升熱位差)。(3)豎井送風(fēng)壓增大到300Pa時(shí),隧道通風(fēng)狀態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)變成集中送風(fēng)狀態(tài)(豎井內(nèi)送風(fēng)壓克服浮升熱位差往隧道內(nèi)送風(fēng)),隧道和豎井內(nèi)風(fēng)速開(kāi)始隨著送風(fēng)壓增大逐漸增大。故高豎井雙向公路隧道冬季運(yùn)營(yíng)采用豎井集中送風(fēng)方案通風(fēng)能耗浪費(fèi)嚴(yán)重,此時(shí)送風(fēng)機(jī)需克服豎井內(nèi)浮升熱位差才能向隧道內(nèi)送風(fēng),且豎井越高需克服的浮升熱位差越大。因此,高豎井雙向公路隧道冬季運(yùn)營(yíng)應(yīng)采用豎井集中排風(fēng)方案(有效利用浮升熱位差)。
由圖3知,高豎井雙向公路隧道夏季(30℃環(huán)境溫度)運(yùn)營(yíng)采用豎井集中送風(fēng)方案時(shí),空氣從隧道外流入豎井(空氣加熱升溫時(shí)間較短),難以形成有效的沉降熱位差,熱位差作用極小,隧道和豎井內(nèi)風(fēng)速取決于豎井送風(fēng)壓大?。?lèi)似于純機(jī)械通風(fēng))。此時(shí),隨著豎井送風(fēng)壓增大,隧道和豎井內(nèi)風(fēng)速迅速增大(隧道一直處于集中送風(fēng)狀態(tài)),且風(fēng)速增大的速率逐漸增大,豎井內(nèi)風(fēng)機(jī)的送風(fēng)壓對(duì)隧道風(fēng)速影響越大。而高豎井雙向公路隧道夏季運(yùn)營(yíng)采用豎井集中排風(fēng)方案時(shí),空氣經(jīng)過(guò)隧道段長(zhǎng)時(shí)間降溫,進(jìn)入豎井后形成較大的沉降熱位差,不利于隧道集中排風(fēng),豎井內(nèi)風(fēng)機(jī)需克服較大的沉降熱位差(功耗大)往豎井外排風(fēng)。因此,高豎井雙向公路隧道夏季運(yùn)營(yíng)應(yīng)采用豎井集中送風(fēng)方案,以避免嚴(yán)重的能耗浪費(fèi)現(xiàn)象。但采用此方案污染空氣易在公路隧道兩端洞口積聚形成光幕效應(yīng)(隧道兩端洞口排出污染空氣)。對(duì)于單洞雙向公路隧道,兩個(gè)方向都有車(chē)輛進(jìn)出,隧道洞口容易發(fā)生交通事故,需加強(qiáng)隧道兩端洞口實(shí)時(shí)監(jiān)控,以防止洞口光幕效應(yīng)。
3 結(jié)論
高豎井雙向公路隧道合理設(shè)計(jì)通風(fēng)方案,可有效降低能耗或避免能耗浪費(fèi):
(1)高豎井雙向公路隧道冬季通風(fēng)應(yīng)采用豎井集中排風(fēng)方案,可有效降低隧道通風(fēng)能耗;
(2)高豎井雙向公路隧道夏季通風(fēng)應(yīng)采用豎井集中送風(fēng)方案,可避免隧道通風(fēng)能耗浪費(fèi),但需加強(qiáng)隧道兩端洞口監(jiān)控,避免隧道洞口出現(xiàn)光幕效應(yīng)。
參考文獻(xiàn):
[1]陳外才.帶豎井公路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)熱位差利用數(shù)值模擬[D].長(zhǎng)安大學(xué),2015.
作者簡(jiǎn)介:陳外才(1986-),男,四川成都人,研究生,中級(jí)工程師,主要研究方向:橋梁與隧道工程。