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    基于動網(wǎng)格的隧道通風(fēng)井合理傾角研究

    2022-06-15 09:10:26薛大鵬鄭國平郭洪雨莊一舟
    關(guān)鍵詞:豎井排風(fēng)活塞

    薛大鵬 鄭國平 郭洪雨 莊一舟

    (1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院,浙江 紹興 312000;2.浙江工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,浙江 杭州 310014;3.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310030)

    0 引言

    隧道作為相對封閉的人造空間, 汽車在行駛過程中釋放出大量的污染物. 對于地理位置復(fù)雜、 長度較長的隧道, 出入口自然通風(fēng)的模式會出現(xiàn)通風(fēng)不足的情況, 從而導(dǎo)致污染物濃度的升高. 豎井型自然通風(fēng)是指在隧道頂部設(shè)置連接地面的通風(fēng)豎井, 借助交通風(fēng)壓來實現(xiàn)隧道通

    風(fēng)的模式. 目前已在成都市紅星路下穿隧道(800 m)、南京市通濟門隧道(890 m)、西安門隧道(1 410 m)、杭州市彩虹路隧道(3 260 m)等工程中開展應(yīng)用.

    國內(nèi)外已開展眾多針對這一新型通風(fēng)模式的研究,為工程建設(shè)提供了理論基礎(chǔ).如,Yoon等[1]曾利用熱動力方法,對韓國某長公路隧道冬夏季豎井自然通風(fēng)壓力進行測量,發(fā)現(xiàn)有通風(fēng)豎井的隧道自然風(fēng)壓遠大于無豎井的隧道,證明了豎井型自然通風(fēng)的可行性;Chen等[2]通過模型實驗對車輛產(chǎn)生的活塞風(fēng)分布等因素進行了研究,提出了隧道活塞風(fēng)的相應(yīng)參考理論;Sambolek[3]通過控制模型車輛的車速來研究可工況下的交通風(fēng)速與風(fēng)量,證明了自模區(qū)臨界雷諾數(shù)的存在;童艷等研究了污染物擴散與豎井間距、截面尺寸、交通量、車速和主體長度之間的關(guān)系,建立了隧道污染物的擴散方程[4],提出污染物的量可通過車速和主體長度的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)改善[5];朱培根等對有害氣體濃度分布進行了研究,通過建立分布模型提出對隧道衛(wèi)生效果的評價方法[6],并采用縮尺模型研究南京中山東路隧道阻滯工況下的交通風(fēng)壓及通風(fēng)效果[7].

    然而,豎井型自然通風(fēng)呈現(xiàn)的是非恒定的穩(wěn)流狀態(tài),這是由于車頭附近為壓力波峰(正壓),車輛后方為壓力波谷(負壓),隧道內(nèi)空氣被擠出豎井后尚來不及擴散又被吸入隧道,形成“氣流短路”.Jaroslav等[8]應(yīng)用歐拉-拉格朗日模型模擬了汽車在隧道內(nèi)的運動及其對隧道通風(fēng)的影響,提出交通引起的湍流對隧道內(nèi)總流量有不可忽略的影響.Aydin等[9]模擬了在有限空間內(nèi)物體平移而產(chǎn)生的拖拽流動,為汽車在隧道內(nèi)運動研究提供Couette流動的理論.金斯科等[10]利用1∶10的模型實驗平臺研究了通風(fēng)豎井內(nèi)的氣壓脈動規(guī)律,發(fā)現(xiàn)其振幅隨豎井高度增加而降低.由于汽車運動等因素使得隧道內(nèi)氣壓較小時,通風(fēng)豎井容易受隧道外大氣壓環(huán)境的影響而產(chǎn)生風(fēng)向的頻繁波動,即豎井型自然通風(fēng)隧道的“哮喘效應(yīng)”.這一問題導(dǎo)致實際每組豎井的換氣量無法量化,隧道沿程污染物濃度無法得到解析解,也就無法判斷隧道內(nèi)空氣質(zhì)量是否滿足相關(guān)規(guī)范要求.為了解決這個問題,擬采用數(shù)值模擬結(jié)合模型實驗手段,通過改變通風(fēng)豎井的傾斜角度來獲得恒定的氣流,以實現(xiàn)一組井口主要排風(fēng),另一組井口主要吸風(fēng)的人為組織通風(fēng)模式,從而獲得隧道污染物沿程濃度分布,以提高豎井型自然通風(fēng)隧道的通風(fēng)效率.

    1 工程背景

    以G228寧波西店灣隧道為背景工程, 該隧道為總長1 590 m的雙向六車道一級公路隧道, 設(shè)計車速為80 km/h, 2020年的預(yù)測交通量為11 325 Pcu/d, 2035年的預(yù)測交通量為21 032 Pcu/d,車型構(gòu)成比例如表1所示.

    表1 車型構(gòu)成比例表

    高峰小時交通量系數(shù)取為0.11,方向不均衡系數(shù)取為0.52, 折算混合車與標(biāo)準(zhǔn)車系數(shù)約為1.85,據(jù)此可以計算出遠期單孔隧道內(nèi)有13輛車.

    由于周邊小區(qū)對環(huán)境控制要求很高,同時,為了避免采用軸流風(fēng)機引起的噪音問題,擬在環(huán)境敏感區(qū)范圍外設(shè)置兩組自然通風(fēng)豎井.第一組通風(fēng)豎井起點設(shè)置在距離隧道入口795 m處,第二組通風(fēng)豎井起點距離隧道入口1 095 m,井段長55 m.每組通風(fēng)豎井分別由五口通風(fēng)豎井組成,井口長度7 m,寬度2.5 m,井高3.5 m(井口至隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的垂直距離),井口中心間距12 m,自然通風(fēng)豎井投影面積17.5 m2.

    2 基于FLUENT動網(wǎng)格模擬

    2.1 模型建立

    基于動網(wǎng)格技術(shù)利用FLUENT軟件對原型隧道建模,選取k-ε湍流模型進行分析.為了便于分析通風(fēng)情況,將常溫下隧道內(nèi)低速流動的氣流視作不可壓縮的連續(xù)介質(zhì)流體.采用整體建模,隧道區(qū)域長1 590 m,入口處邊界條件為壓力入口,隧道出口及通風(fēng)豎井井口的邊界條件為壓力出口,隧道壁面的沿程摩阻系數(shù)為0.02.模型中共設(shè)有13輛車依次駛?cè)胨淼纼?nèi),前后車間距為66.6 m,車隊總長803.2 m.車隊完全通過一組通風(fēng)豎井所需要的時間為38.66 s.車頭與車位為壁面邊界條件,通過UDF宏賦予其固定的移動速度,車身側(cè)面作為滑移動網(wǎng)格交界面與隧道內(nèi)部空氣進行數(shù)據(jù)傳遞.根據(jù)隧道實況來建立隧道截面與通風(fēng)口位置大小,模型整體示意圖如圖1.

    圖1 模型整體示意圖

    2.2 隧道活塞風(fēng)速的模擬分析

    行駛的車輛作為隧道內(nèi)的壓源,是產(chǎn)生交通活塞風(fēng)的直接原因.以90 °通風(fēng)豎井隧道為例,隧道通風(fēng)豎井段在交通活塞風(fēng)作用下,第一組通風(fēng)豎井縱截面的風(fēng)速分布如圖2,通風(fēng)豎井橫截面風(fēng)速分布如圖3.

    圖2 通風(fēng)豎井縱截面風(fēng)速等值線分布圖

    圖3 通風(fēng)井橫截面風(fēng)速等值線分布圖

    計算結(jié)果的速度云圖顯示,整個隧道斷面風(fēng)速分布不均勻,車輛帶動靠近路面處的風(fēng)流加速,使隧道下半部分的斷面平均風(fēng)速達到了5 m/s~6 m/s.圖2中所選斷面靠近隧道側(cè)面墻壁,故整體風(fēng)速偏??;圖3中所選斷面為中間車道處,斷面內(nèi)風(fēng)速不均勻,靠近地面車輛的位置,前后兩車之間斷面的氣流平均風(fēng)速在6~8 m/s左右,而隧道上半部分風(fēng)速較小,僅有1 m/s左右.隧道內(nèi)部在平穩(wěn)的交通通風(fēng)力作用下的橫斷面平均風(fēng)速為5 m/s左右.

    圖4為隧道內(nèi)距離入口200 m處的橫斷面平均風(fēng)速變化情況.從圖中可以發(fā)現(xiàn):車隊在通過該截面時,通風(fēng)井處空氣流速波動呈現(xiàn)周期性,單個周期時長約為3.0 s;當(dāng)車隊中的前四輛車經(jīng)過斷面時,斷面風(fēng)速呈波動式上升趨勢(圖中I區(qū));第四輛車到達斷面處時,斷面風(fēng)速已經(jīng)基本達到計算風(fēng)速,且車輛駛過時,隧道內(nèi)空氣由于受車輛的擠壓,斷面風(fēng)速在計算風(fēng)速附近震蕩(圖中II區(qū));當(dāng)車隊最后一輛汽車駛離該斷面后,斷面風(fēng)速迅速下降(圖中III區(qū)).

    圖4 隧道內(nèi)部橫截面平均風(fēng)速變化圖

    2.3 通風(fēng)井角度對進排風(fēng)速的影響分析

    當(dāng)車隊通過某一組通風(fēng)井時,對通風(fēng)井井口處的空氣流速數(shù)據(jù)進行提取,取該段時間內(nèi)的平均流速作為該組通風(fēng)豎井在交通活塞風(fēng)作用下的通風(fēng)風(fēng)速vi,i=15、30、45、60、75、90.

    以15 °通風(fēng)豎井隧道為例,流速取向外流出為正,向內(nèi)流進為負,各通風(fēng)豎井的流速如圖5、圖6.

    從圖5、圖6可以看出:

    (1)靠近上游的第一組通風(fēng)井和靠近隧道下游的第二組通風(fēng)井由于所處位置不同,車輛所產(chǎn)生的交通活塞風(fēng)對其影響也不同.第一組通風(fēng)井表現(xiàn)為出風(fēng)狀態(tài),而第二組為進風(fēng)狀態(tài);

    (2)圖中均值線的值為各通風(fēng)井口Ⅱ區(qū)域相應(yīng)時間內(nèi)的平均流速.對于第一組通風(fēng)井,車隊

    圖5 第一組通風(fēng)井流速 圖6 第二組通風(fēng)井流速

    從1號井至5號井依次經(jīng)過,五個井口的平均流出速度先減小后增加;而車隊經(jīng)過第二組通風(fēng)井時,五個井口的流進速度逐漸增加;

    (3)由于車輛行至第一組通風(fēng)井時隧道內(nèi)尚未形成具有一定規(guī)模的活塞風(fēng),而行至第二組通風(fēng)井時活塞風(fēng)已得到充分發(fā)展,所以第二組通風(fēng)井的流速隨時間變化相對第一組更為平穩(wěn).

    通風(fēng)井角度為30 °時,隨著車隊的經(jīng)過,兩組通風(fēng)井口流速規(guī)律與15 °時一致,但平均流速要小于15 °時.通風(fēng)井角度為45 °、60 °、75 °、90 °時,氣流方向與15 °時相反,為向外流出,并且隨著車隊的經(jīng)過,兩組通風(fēng)井的平均流速均呈現(xiàn)先減小后增加的規(guī)律.

    圖7 兩組通風(fēng)井的排風(fēng)量比率K隨角度變化圖

    通風(fēng)井角度為90 °時,第一組和第二組流速均為正,為向外流出狀態(tài).根據(jù)結(jié)果,第一組通風(fēng)豎井在任意角度下,K值均為正,即氣流方向與90 °時一致,說明在車隊經(jīng)過的過程中,通風(fēng)井始終保持排風(fēng)狀態(tài).比率K隨著通風(fēng)井角度的減小而呈現(xiàn)遞增的趨勢,說明第一組通風(fēng)井角度越小,單位時間內(nèi)的排風(fēng)量越大,即越有利于排風(fēng).

    對于第二組通風(fēng)井,15 °時與30 °時K值為負,且前者的絕對值大于后者,說明在車隊經(jīng)過的過程中,15 °與30 °的通風(fēng)井均保持進風(fēng)狀態(tài),前者單位時間內(nèi)的進風(fēng)量比后者更大,更有利于進風(fēng).45 °、60 °、75 °和90 °時K值為正,說明在車隊經(jīng)過的過程中,通風(fēng)井為排風(fēng)狀態(tài).

    3 自然通風(fēng)效果模型實驗

    3.1 交通活塞風(fēng)的確定

    交通活塞風(fēng)是指汽車在管狀隧道中由于活塞效應(yīng)帶動空氣向前運動所引起的通風(fēng)動力.基于流體力學(xué)能量守恒定律及交通流為穩(wěn)定流的假設(shè),當(dāng)交通通風(fēng)力與通風(fēng)阻抗力相等,所對應(yīng)風(fēng)量即為交通活塞風(fēng)量,交通活塞風(fēng)量可通過交通通風(fēng)力引起隧道內(nèi)的活塞風(fēng)速vr來求得[11].交通通風(fēng)力Δpt(N/m2)的計算公式:

    (1)

    另一方面,隧道內(nèi)空氣流通所受到的通風(fēng)阻抗力Δpr(N/m2)的計算公式如下:

    (2)

    根據(jù)Δpr=Δpt,可求得隧道內(nèi)風(fēng)速vr.對于頂部設(shè)有多處通風(fēng)口的自然通風(fēng)隧道,鐘星燦等學(xué)者[12]提出了一種基于隧道內(nèi)流體動量、能量、質(zhì)量守恒定律的計算方法,計算結(jié)果表明,當(dāng)隧道內(nèi)車速條件為60 km/h,車流量為定值時,隧道各分段風(fēng)速在5 m/s至6 m/s范圍內(nèi)變化.

    因此,以西店灣隧道為例,參照《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細則》汽車截面積,小客車的斷面積為2.13 m2,大車的斷面積可取5.37 m2.根據(jù)車型比例算得當(dāng)量汽車截面積2.8 m2,長度6 m,在隧道內(nèi)行駛速度為80 km/h,可以得到原型隧道在交通風(fēng)壓作用下隧道內(nèi)的理論空氣流速vr=5.06 m/s.該結(jié)果與數(shù)值模擬中得到的交通通風(fēng)力基本一致.

    3.2 實驗?zāi)P?/h3>

    模型實驗采用1∶20的幾何相似比,選用金屬板與角鐵作為材料對模型進行分段制作,模型隧道橫截面尺寸為71.5 cm×33.75 cm,通風(fēng)豎井高17.5 cm,開口尺寸12.5 cm×35 cm.制作完成后通過螺栓對分段箱體進行初步連接,隨后在連接處貼上透明膠布以保證模型氣密性.通風(fēng)豎井部分單獨進行制作,可通過同樣的方法安裝在分段箱體頂部開口處,且易于拆卸,隧道和通風(fēng)豎井模型與風(fēng)速測點位置如圖8和圖9.

    圖8 隧道模型與截面測點位置圖(單位:cm)

    圖9 通風(fēng)豎井模型和測點位置圖(單位:cm)

    模型隧道長度為18.5 m,實驗中以隧道原型的計算活塞風(fēng)速作為實驗參考風(fēng)速,并用格柵網(wǎng)的局部阻力模擬縮減部分的沿程損失[13].

    因本研究主要研究對象為通風(fēng)豎井部分,故實驗主要測試不同角度通風(fēng)豎井對隧道內(nèi)部氣流的分流作用,以及通風(fēng)井口的流速分布情況.

    假設(shè)隧道內(nèi)車流為連續(xù)不間斷的恒定流,通過數(shù)值模擬計算,在頂部設(shè)有通風(fēng)豎井的單向交通隧道中,隧道內(nèi)部氣流的動壓部分是呈水平方向的矢量運動,僅有其靜壓部分對開孔起作用,且頂部開孔面積與隧道的斷面積之比較小,無論開孔處產(chǎn)生排出或吸入氣流,隧道內(nèi)不同區(qū)域的空氣流速僅在理論交通活塞風(fēng)速值上下浮動.而本實驗研究中著重考慮通風(fēng)豎井的影響,因此采用軸流風(fēng)機的升壓力代替交通風(fēng)壓,以模擬通風(fēng)豎井在穩(wěn)定氣流作用下的進排風(fēng)情況(圖10).

    圖10 實驗風(fēng)機布置位置及沿程壓力變化示意圖

    現(xiàn)有的模型實驗研究中通常采用模型汽車,但這樣測得的數(shù)據(jù)波動較大,且對實驗環(huán)境要求較高,要盡量減小實驗區(qū)域的外界氣流波動并配合高靈敏度的測量儀器才能保證模型實驗的準(zhǔn)確性.軸流風(fēng)機的優(yōu)勢在于它產(chǎn)生的氣流速度容易控制,且十分穩(wěn)定,受實驗環(huán)境影響小,測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定.

    由于采用了軸流風(fēng)機代替交通風(fēng)壓,并將風(fēng)機直接安裝在模型內(nèi)部,模型中斷面風(fēng)速會相對集中于測點4.實驗中通過調(diào)節(jié)風(fēng)機開關(guān)大小來控制斷面的平均風(fēng)速,為1 m/s.

    3.3 實驗相似性

    模型與原型的相似性是實驗正確模擬的基礎(chǔ).為了滿足氣流運動的相似,需要通過模型與原型的Re(雷諾數(shù))相同來實現(xiàn),即:

    (3)

    運動黏度ν可以表示為動力黏度μ與流體密度ρ之比.由于模型與原型介質(zhì)均為空氣,則

    ρp=ρm

    (4)

    且常溫下,

    μp=μm

    (5)

    故,實驗中氣流運動相似需要滿足

    vp∶vm=lm∶lp

    (6)

    要讓模型內(nèi)氣流運動與原型完全相似,則要在模型中產(chǎn)生λ倍于原型的高速氣流.現(xiàn)有研究中通常以雷諾數(shù)Re大于第二臨界值,即氣體的流動狀態(tài)處于雷諾數(shù)的自模區(qū)內(nèi),作為模型內(nèi)氣流與原型氣流運動相似的依據(jù),可通過預(yù)備實驗確定模型的臨界雷諾數(shù).

    圖11為實驗?zāi)P驮诓煌淼纼?nèi)空氣流速情況下,Re-λ的關(guān)系曲線.可以看出當(dāng)雷諾數(shù)大于15 000時,隧道模型的沿程阻力系數(shù)基本不再隨流速的增加而改變,標(biāo)志氣流已進入自模區(qū).

    圖11 模型隧道的Re-λ關(guān)系曲線圖

    Re=15 000稱為臨界雷諾數(shù),對應(yīng)的空氣流速vc=0.582 2 m/s稱為臨界風(fēng)速,正式實驗中要保持隧道內(nèi)部風(fēng)速始終在臨界風(fēng)速之上,即可滿足模型與原型空氣流動的相似.自模區(qū)中沿程阻力系數(shù)平均值為0.02.

    根據(jù)實驗條件確定了模型實驗的基本比尺,主要有:

    (7)

    (8)

    下標(biāo)p表示原型參數(shù),下標(biāo)m表示模型參數(shù).由速度比尺得出模型中交通活塞風(fēng)風(fēng)速=1.032 m/s.

    根據(jù)參數(shù)的定義或準(zhǔn)則關(guān)系,由基本比尺得到其他導(dǎo)出比尺,有:

    (9)

    (10)

    3.4 實驗結(jié)果(見圖12與表2)

    圖12 風(fēng)速測量斷面位置

    表2 不同角度通風(fēng)豎井隧道模型風(fēng)量統(tǒng)計表

    當(dāng)傾斜角度較大時,15 °通風(fēng)豎井的斷面面積較90 °通風(fēng)豎井縮小了75%左右(模型實驗中90 °模型通風(fēng)豎井截面面積A=0.043 75 m2,15 °通風(fēng)豎井截面面積A=0.011 32 m2),通風(fēng)豎井長度亦有較大變化,90 °模型通風(fēng)豎井長度L=17.5 cm,15 °模型通風(fēng)豎井長度L=67.6 cm,通風(fēng)豎井?dāng)嗝娴漠?dāng)量直徑也由0.184 2 m變?yōu)?.105 m.實驗中排風(fēng)量比率與通風(fēng)井角度關(guān)系如圖13.

    圖13 兩組通風(fēng)豎井排風(fēng)量比率K隨通風(fēng)豎井角度的變化趨勢圖

    從圖13中可以看出:

    (1)第一組通風(fēng)豎井的排風(fēng)量始終大于第二組通風(fēng)豎井,由此可見第一組排通風(fēng)豎井的傾斜方向有利于隧道內(nèi)部空氣向外流出,而第二組通風(fēng)豎井的傾斜方向相反,不利于空氣流出;

    (2)第一組通風(fēng)豎井始終處于排風(fēng)狀態(tài),且風(fēng)量隨著通風(fēng)豎井傾斜度的增大,變化趨勢為先減小后增大;第二組通風(fēng)豎井的傾斜角度為90 °、75 °、60 °、45 °、30 °時,第二組通風(fēng)豎井為排風(fēng)狀態(tài),僅當(dāng)傾斜角度為15 °時,第二組通風(fēng)豎井為進風(fēng)狀態(tài).

    (3)第一、二組通風(fēng)豎井的傾斜角度為15 °時,第一組通風(fēng)豎井為排風(fēng)狀態(tài),且排風(fēng)量最大;第二組通風(fēng)豎井則表現(xiàn)為進風(fēng)狀態(tài).

    將實驗中測得的90 °通風(fēng)豎井風(fēng)量值乘上流量比尺=2 000,即可換算到實際隧道中的通風(fēng)豎井進排風(fēng)量,換算結(jié)果為:第一組通風(fēng)豎井排風(fēng)流量=70.2 m3/s,第二組通風(fēng)豎井排風(fēng)流量=41 m3/s.原型隧道根據(jù)理論計算,入口處的總進風(fēng)量=481.041 m3/s,90 °的第一、二組通風(fēng)豎井分別分擔(dān)了入口處總進風(fēng)量的14.6%和8.5%,即各自的分流率η.

    隧道中污染物在無豎井的情況下全部隨氣流遷移擴散至隧道出口,而有豎井的情況下污染物能夠沿途通過通風(fēng)豎井排出,使得隧道出口處的污染物濃度低于無豎井下的濃度.而通風(fēng)豎井角度的變化能在一定程度上改變通風(fēng)豎井的分流率的大小(見表3),進一步改善隧道內(nèi)以及出口處的空氣質(zhì)量.

    表3 換算風(fēng)量值與分流率

    4 通風(fēng)井分流污染物的驗算方法

    將全長隧道分為3個計算區(qū)域i:隧道進口至第一組通風(fēng)豎井之后為區(qū)域1,第一組通風(fēng)豎井到第二組通風(fēng)豎井為區(qū)域2,第二組通風(fēng)豎井之前到隧道出口為區(qū)域3,如圖13所示.

    在各區(qū)域內(nèi),區(qū)域i汽車CO排放量Qcoi(mL/s)為

    (11)

    qcoi為汽車基準(zhǔn)排量(m3/(km·輛)),Πfi為各種修正系數(shù)乘積,Nm為相應(yīng)車型設(shè)計交通量(輛/h),N為車類別數(shù),fm為車型系數(shù).

    不設(shè)置通風(fēng)豎井時,隧道內(nèi)從入口到出口沒有空氣交換,此時隧道末端濃度為:

    (12)

    當(dāng)設(shè)置15 °通風(fēng)豎井時,第一組通風(fēng)豎井為出風(fēng),出風(fēng)量為Qe(mL/s),第二組通風(fēng)豎井為進風(fēng),進風(fēng)量為Qb(mL/s),那么

    斷面1濃度為:

    (13)

    斷面2濃度為:

    (14)

    斷面3濃度為:

    (15)

    隧道內(nèi)其他斷面處CO濃度亦可通過上述三個公式分段進行確定與驗算,從而可得到全長隧道各處CO濃度分布.

    5 結(jié)語

    本文通過對隧道內(nèi)的兩組通風(fēng)井在15 °、30 °、45 °、60 °、75 °和90 °五種角度情況下的分流規(guī)律進行了研究,模型實驗結(jié)果與數(shù)值模擬得到的規(guī)律基本吻合.當(dāng)通風(fēng)井的角度減小時,第一組通風(fēng)井均表現(xiàn)為排風(fēng)狀態(tài),單位時間的排風(fēng)量逐漸遞增;而第二組通風(fēng)井在90 °至30 °之前的排風(fēng)量呈現(xiàn)遞增趨勢,15 °時變?yōu)檫M風(fēng)狀態(tài),說明第二組通風(fēng)井由排風(fēng)轉(zhuǎn)化為進風(fēng)存在一個臨界角度.

    對于豎井型自然通風(fēng)隧道而言,隧道內(nèi)的污染物濃度稀釋與排放、隧道內(nèi)的壓力脈動是影響自然通風(fēng)效率的關(guān)鍵因素.本文研究確定了兩組通風(fēng)井角度在15 °時,能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的人為組織通風(fēng)效果,即一組通風(fēng)豎井主要負責(zé)排風(fēng),二組通風(fēng)豎井主要負責(zé)進風(fēng).這種人為組織通風(fēng)效果如同射流風(fēng)機送排風(fēng)的通風(fēng)組合模式,第一組通風(fēng)井將污染物隨空氣排出隧道,第二組通風(fēng)井將隧道外空氣吸入隧道以稀釋污染物濃度;同時,兩組通風(fēng)井的風(fēng)流一進一出可將隧道內(nèi)的壓力脈動進行有效降低,消除“哮喘效應(yīng)”的影響,大大地提高自然通風(fēng)的效率.

    由于隧道出入口、通風(fēng)井排風(fēng)口空氣流量的進出方向和大小不明確,會影響隧道中各區(qū)域污染物濃度的確定.本文通過通風(fēng)井角度的優(yōu)化,實現(xiàn)了隧道內(nèi)外空氣的有序交換,提出了通風(fēng)井排風(fēng)口、隧道出口的污染物濃度量化的驗算方法,為通風(fēng)設(shè)計、環(huán)境評價提供了依據(jù).

    需要指出的是,本文得出的結(jié)論主要基于西店灣隧道的幾何參數(shù),針對具體的工程宜開展具體的研究.

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