公路隧道射流風(fēng)機(jī)布置參數(shù)研究綜述

馬占海 徐 瑩 張錦秋 劉賢鵬 馬立剛

(1.河北省高速公路延崇籌建處,張家口;2.河北工業(yè)大學(xué),天津)

0 引言

隨著我國(guó)公路交通網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展與完善,長(zhǎng)隧道、特長(zhǎng)隧道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)愈來愈多。隧道建設(shè)規(guī)模不斷增大,使污染物更易積聚于隧道內(nèi),成為影響隧道安全運(yùn)營(yíng)的重要因素。因此,通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)降低隧道內(nèi)污染物濃度、保障隧道安全運(yùn)營(yíng)十分重要[1-2]。

常見的隧道通風(fēng)方式有自然通風(fēng)[3-4]、橫向通風(fēng)[5]和縱向通風(fēng)[6]。橫向通風(fēng)有全橫向和半橫向通風(fēng)2種形式。橫向通風(fēng)需要在隧道內(nèi)設(shè)置道板、吊頂和風(fēng)井,增加了隧道建設(shè)工程量;且通風(fēng)阻力較大,增大了隧道運(yùn)營(yíng)成本[7]。采用射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)的縱向通風(fēng)可以有效利用隧道通行車輛產(chǎn)生的活塞風(fēng),具有工程造價(jià)低、設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)[8-9]。世界道路協(xié)會(huì)(PIARC)調(diào)查發(fā)現(xiàn),所調(diào)查的27條隧道中,超過70%采用縱向通風(fēng)方式[10]。縱向通風(fēng)已成為公路隧道的主要通風(fēng)方式[11]。

縱向通風(fēng)的通風(fēng)效率取決于射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生空氣射流的誘導(dǎo)和升壓效應(yīng)。在實(shí)際隧道中,射流風(fēng)機(jī)通常安裝于隧道頂壁附近。由于科恩達(dá)效應(yīng)(Coanda effect),導(dǎo)致空氣射流吸附于隧道頂板,從而產(chǎn)生較大的壁面剪應(yīng)力[12],造成動(dòng)量損失而影響射流風(fēng)機(jī)的升壓效應(yīng)。因此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)射流風(fēng)機(jī)的最佳安裝參數(shù)進(jìn)行了研究,如射流風(fēng)機(jī)俯仰角[13]、偏轉(zhuǎn)角[11],并取得了諸多研究成果。

JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》[14]規(guī)定了射流風(fēng)機(jī)選型和布置部分參數(shù),但并未對(duì)參數(shù)的推導(dǎo)和影響規(guī)律作出解釋。本文對(duì)公路隧道射流風(fēng)機(jī)布置參數(shù)的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述,從通風(fēng)射流特性及通風(fēng)質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)出發(fā),總結(jié)了直線與曲線公路隧道射流風(fēng)機(jī)縱向和橫斷面布置重要參數(shù)及其影響規(guī)律。其中,風(fēng)機(jī)射流俯仰角和偏轉(zhuǎn)角研究的總結(jié),豐富了JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》的相關(guān)內(nèi)容,可為公路隧道縱向通風(fēng)射流風(fēng)機(jī)的布置提供參考,有利于隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和能源節(jié)約。

1 通風(fēng)射流特性及通風(fēng)質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.1 通風(fēng)射流特性

通風(fēng)射流具有誘導(dǎo)特性和增壓特性。隧道射流通風(fēng)的誘導(dǎo)和升壓作用使隧道內(nèi)氣流定向流動(dòng),實(shí)現(xiàn)隧道通風(fēng)。

射流風(fēng)機(jī)發(fā)出的高速射流受前方隧道氣流的阻力作用,致使部分氣體沿隧道下部向后流動(dòng)產(chǎn)生旋渦,射流微團(tuán)產(chǎn)生的橫向脈動(dòng)與隧道氣流進(jìn)行能量交換,實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道氣流的“卷吸”?！熬砦弊饔檬股淞饔绊懛秶鷶U(kuò)大,流量增加;隧道低速氣流的加入,使得射流速度減小,壓力上升。直至射流充分發(fā)展前,整個(gè)隧道氣流沿縱向呈現(xiàn)一種漸變的、非均勻的逆壓流動(dòng)。射流充分發(fā)展后,伴隨流消失,斷面速度趨于均勻[15]。圖1為隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后速度流場(chǎng)分布圖[16]。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)30 s后,在風(fēng)機(jī)前下方出現(xiàn)明顯渦流,如圖1a所示;射流充分發(fā)展后,隧道內(nèi)速度形成穩(wěn)定定向流,如圖1b所示。

圖1 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后隧道內(nèi)流場(chǎng)矢量圖

射流通風(fēng)是射流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能的過程。在風(fēng)機(jī)工作面末端,斷面速度分布均勻,湍動(dòng)強(qiáng)度趨于穩(wěn)定,射流風(fēng)機(jī)組升壓力最高[17]。單臺(tái)射流風(fēng)機(jī)的升壓力可表示為[14]

(1)

式中 Δpj為單臺(tái)射流風(fēng)機(jī)的升壓力,Pa;ρ為計(jì)算點(diǎn)的空氣密度,kg/m3;vj為射流風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口速度,m/s;Aj為射流風(fēng)機(jī)出風(fēng)口面積,m2;Ar為隧道凈空斷面積,m2;vr為隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速,m/s;η*為射流風(fēng)機(jī)位置摩擦阻力損失折減系數(shù)。

1.2 通風(fēng)質(zhì)量評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)隧道通風(fēng)質(zhì)量,研究者提出了多種通風(fēng)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo),如斷面平均風(fēng)速、風(fēng)機(jī)升壓折減系數(shù)、空氣齡[17-18]。

隧道射流通風(fēng)中,因隧道斷面面積較大,風(fēng)速分布往往不均勻,通常采用斷面平均速度分布對(duì)通風(fēng)射流發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

風(fēng)機(jī)升壓折減系數(shù)η是衡量風(fēng)機(jī)升壓能力的重要指標(biāo),部分文獻(xiàn)稱之為風(fēng)機(jī)升壓綜合影響系數(shù)K,其表達(dá)式為

(2)

式中 Δpaj為實(shí)際升壓力,由實(shí)際測(cè)量或數(shù)值計(jì)算得到,Pa。

η或K值越大,表明風(fēng)機(jī)實(shí)際升壓力值與理論值越接近,風(fēng)機(jī)通風(fēng)效果越好。王旭等人基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值計(jì)算,揭示了海底隧道腐蝕環(huán)境下風(fēng)機(jī)升壓力衰減機(jī)理并建立了風(fēng)機(jī)升壓力的計(jì)算方法[19]。

空氣齡指空氣進(jìn)入空間后經(jīng)歷的時(shí)間,能夠反映空間內(nèi)的氣體流動(dòng)模式和通風(fēng)效果。與之相關(guān)的指標(biāo)有換氣率、換氣指數(shù)等。

2 風(fēng)機(jī)組縱向布置參數(shù)

2.1 縱向控制間距理論計(jì)算

射流的充分發(fā)展是射流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高效通風(fēng)的重要條件。若風(fēng)機(jī)組縱向間距過小,隧道內(nèi)尚未形成均勻流速,將會(huì)影響下一組射流風(fēng)機(jī)的工作性能[18,20]。為提高隧道射流通風(fēng)效率,保障射流充分發(fā)展與風(fēng)機(jī)的正常工作,射流風(fēng)機(jī)間應(yīng)保持合理的縱向控制間距。

孫三祥等人提出了風(fēng)機(jī)組縱向控制間距的計(jì)算方法[21]。依據(jù)射流通風(fēng)系統(tǒng)的單元流動(dòng)模式(如圖2所示),將風(fēng)機(jī)組的縱向控制間距l(xiāng)mc表示為

圖2 射流通風(fēng)系統(tǒng)的單元流動(dòng)模式

lmc=lj+lst=lsu+lin+lst

(3)

式中l(wèi)j為射流風(fēng)機(jī)工作段長(zhǎng)度,m;lst為兩工作段之間的穩(wěn)定段長(zhǎng)度,m;lsu為吸入段長(zhǎng)度,m;lin為誘導(dǎo)長(zhǎng)度,m。

依據(jù)吸風(fēng)口的流場(chǎng)特性和試驗(yàn)結(jié)果,確定吸入段長(zhǎng)度lsu=1.5D,穩(wěn)定段長(zhǎng)度lst≥2D(D為隧道斷面當(dāng)量直徑)。

射流誘導(dǎo)長(zhǎng)度lin是風(fēng)機(jī)射流主要幾何特性的定量描述,其回歸方程為

lin=(7.16+62.93α-108.20mβ)D

(4)

式中α為速度比,α=vr/vj;m為斷面風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù);β為面積比,β=Aj/Ar。

風(fēng)機(jī)組的縱向控制間距可整理為

lmc=(9.5+63α-108mβ)D

(5)

2.2 縱向控制間距分析

依據(jù)射流風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)特征,總結(jié)出射流充分發(fā)展的風(fēng)機(jī)工作段末端呈現(xiàn)出以下特性[21]：1) 斷面氣流速度分布均勻;2) 湍流強(qiáng)度趨于穩(wěn)定;3) 風(fēng)機(jī)工作段末端對(duì)應(yīng)射流最高升壓面。因此,射流風(fēng)機(jī)最小縱向間距可通過隧道斷面速度、湍流強(qiáng)度和最高升壓面位置確定。

楊秀軍等人基于射流力學(xué)有關(guān)原理得出:風(fēng)機(jī)口徑、射流風(fēng)機(jī)軸線之間的距離及隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速影響射流風(fēng)機(jī)組的縱向最小間距;射流風(fēng)機(jī)口徑越大,射流縱向充分發(fā)展的距離越大。同時(shí),推導(dǎo)了風(fēng)機(jī)組縱向控制間距計(jì)算方法;依據(jù)射流風(fēng)機(jī)工作段末端特性,確定射流風(fēng)機(jī)工作段的最小距離為110 m,與理論計(jì)算解基本相同[17]。

李曉菲等人建立了橫斷面布置2臺(tái)射流風(fēng)機(jī)的隧道CFD模型,依據(jù)射流風(fēng)機(jī)工作段末端特性,確定了射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)段長(zhǎng)度和風(fēng)機(jī)縱向控制間距,并與式(5)理論解對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值分析的準(zhǔn)確性[22]。此外,李曉菲等人采用升壓綜合影響系數(shù)K評(píng)估了不同射流風(fēng)機(jī)縱向控制間距l(xiāng)mc的通風(fēng)效果[22],如圖3所示。升壓綜合影響系數(shù)K值愈接近1,風(fēng)機(jī)組實(shí)際升壓力值與理論壓力值愈接近,即風(fēng)機(jī)組性能愈佳。由圖3可以看出,當(dāng)風(fēng)機(jī)縱向控制間距為100～115 m時(shí),隧道射流通風(fēng)效果最好。隨著風(fēng)機(jī)縱向控制間距的增大,射流通風(fēng)效果明顯降低。

圖3 風(fēng)機(jī)縱向控制間距l(xiāng)mc與升壓綜合影響系數(shù)K關(guān)系曲線[22]

Liu等人通過搭建物理模型試驗(yàn)平臺(tái),模擬了汾水嶺長(zhǎng)隧道通風(fēng)系統(tǒng),結(jié)果表明,所提出的射流風(fēng)機(jī)布置方案能滿足短期設(shè)計(jì)風(fēng)速需求[1]。

3 風(fēng)機(jī)組橫斷面布置參數(shù)

3.1 風(fēng)機(jī)橫向間距

為方便隧道射流風(fēng)機(jī)的管理與維護(hù),在隧道同一斷面內(nèi)通常布置2臺(tái)或多臺(tái)射流風(fēng)機(jī)。除風(fēng)機(jī)組縱向控制間距外,射流的誘導(dǎo)和升壓效應(yīng)也受風(fēng)機(jī)橫向間距影響。

風(fēng)機(jī)出口處的射流相互卷吸和干擾,直至融合為一股射流,最終與隧道內(nèi)氣流完全混合,形成穩(wěn)定定向流[16]。雙股射流流動(dòng)特征如圖4所示[23],射流融合前的發(fā)展區(qū)域?yàn)闀?huì)聚區(qū),初始融合點(diǎn)為自由滯點(diǎn),射流融合后形成聯(lián)合區(qū),并穩(wěn)定流動(dòng)。

圖4 雙股射流基本流動(dòng)特征[23]

風(fēng)機(jī)組橫向間距過小時(shí),射流橫向影響范圍小,隧道氣流未能通過射流微團(tuán)產(chǎn)生的橫向脈動(dòng)進(jìn)行動(dòng)量與能量交換,不能有效誘導(dǎo)隧道氣流[24];同時(shí),自由滯點(diǎn)靠近風(fēng)機(jī)出口,射流縱向影響范圍小,射流風(fēng)機(jī)升壓力降低。風(fēng)機(jī)組橫向間距過大時(shí),風(fēng)機(jī)與隧道側(cè)壁的距離接近,壁面摩擦阻力降低射流動(dòng)能,射流不能會(huì)聚,隧道氣流較難達(dá)到平穩(wěn),射流升壓力減小[25]。

方勇等人通過CFD數(shù)值模擬計(jì)算得出,三車道公路隧道射流風(fēng)機(jī)的橫向間距為風(fēng)機(jī)橫斷面直徑的3～4倍時(shí),射流風(fēng)機(jī)升壓效果好,此時(shí)風(fēng)機(jī)距離變化對(duì)升壓力的影響較小[26]。徐志勝等人通過比較風(fēng)機(jī)不同橫向間距的升壓折減系數(shù),確定風(fēng)機(jī)最佳橫向間距為3D(見圖5),并通過比較不同風(fēng)機(jī)橫向間距下隧道內(nèi)污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布,進(jìn)一步驗(yàn)證了最佳橫向間距布置下射流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效果[27]。此外,盧毅等人基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果,通過分析風(fēng)機(jī)升壓折減系數(shù)的變化,確定了太湖隧道的射流風(fēng)機(jī)最優(yōu)橫向凈間距為2.0D～2.4D[20]。

圖5 升壓折減系數(shù)分布曲線[27]

3.2 風(fēng)機(jī)安裝高度

射流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效果取決于射流在隧道內(nèi)是否得到充分發(fā)展,足夠的射流空間是射流充分發(fā)展的重要條件。JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定,風(fēng)機(jī)安裝高度不應(yīng)侵入建筑限界,邊沿與隧道建筑限界凈距離應(yīng)不小于15 cm[14]。為進(jìn)一步確定風(fēng)機(jī)安裝最佳高度,部分學(xué)者對(duì)風(fēng)機(jī)不同安裝高度下的射流通風(fēng)效果進(jìn)行了研究。

趙黎等人依據(jù)明堂山隧道的結(jié)構(gòu)參數(shù),建立了500 m長(zhǎng)隧道的CFD模型,模擬計(jì)算了風(fēng)機(jī)安裝高度距建筑限界頂部15、30、45、60 cm工況下風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效果[28]。不同風(fēng)機(jī)安裝高度下隧道的升壓力見表1?？梢钥闯?隨著風(fēng)機(jī)距建筑限界頂部距離的增大,風(fēng)機(jī)提供的升壓力減小,升壓綜合影響系數(shù)K逐漸減小。

表1 風(fēng)機(jī)安裝高度對(duì)升壓力的影響[28]

同時(shí),隨著風(fēng)機(jī)距建筑限界頂部距離的增加,即風(fēng)機(jī)安裝高度的增加,出口射流受到隧道拱頂?shù)南拗?沒有足夠的擴(kuò)展空間。高速氣流沖擊拱頂和隧道壁面摩擦阻力共同作用導(dǎo)致射流動(dòng)能大量損失,射流無法推進(jìn),風(fēng)機(jī)出口附近風(fēng)速減小,如圖6所示[28]。

圖6 不同風(fēng)機(jī)安裝高度下出口處速度云圖[28]

盧毅等人建立了具有3臺(tái)橫向布置風(fēng)機(jī)的方形截面隧道模型,通過風(fēng)機(jī)軸線速度變化和升壓綜合影響系數(shù)評(píng)估了風(fēng)機(jī)安裝高度對(duì)通風(fēng)效果的影響。圖7為風(fēng)機(jī)軸線速度分布圖,圖8為風(fēng)機(jī)升壓力和升壓綜合影響系數(shù)曲線圖。結(jié)果表明,風(fēng)機(jī)距隧道頂壁距離越大,出口附近風(fēng)速越大,風(fēng)機(jī)升壓力越大,升壓綜合影響系數(shù)越高。當(dāng)風(fēng)機(jī)距隧道頂壁距離為1.2D～1.4D時(shí),風(fēng)機(jī)升壓綜合影響系數(shù)為0.887～0.931[20]。

圖7 風(fēng)機(jī)軸線剖面速度變化云圖[20]

圖8 風(fēng)機(jī)距隧道頂壁不同距離時(shí)升壓力和 升壓綜合影響系數(shù)變化[20]

3.3 風(fēng)機(jī)射流角度

射流風(fēng)機(jī)通常安裝于隧道頂部,為減小風(fēng)機(jī)出口處高速氣流沖擊隧道壁面的動(dòng)能損耗,部分學(xué)者在直線隧道和香蕉型隧道射流風(fēng)機(jī)[29]安裝形式的基礎(chǔ)上,開展了風(fēng)機(jī)安裝角度對(duì)隧道通風(fēng)效果影響的研究,驗(yàn)證了風(fēng)機(jī)射流角度的調(diào)整可以有效減弱科恩達(dá)效應(yīng)(Coanda effect)對(duì)射流發(fā)展的影響[30],從而顯著降低通風(fēng)系統(tǒng)的能耗[31]。

Betta等人采用CFD方法分析了不同風(fēng)機(jī)俯仰角工況的通風(fēng)效果。圖9為射流風(fēng)機(jī)安裝角度示意圖。最佳俯仰角可以最大限度地減小流動(dòng)附著引起的壓力損失,提高通風(fēng)效率,節(jié)約能源。圖10為射流風(fēng)機(jī)不同安裝俯仰角下風(fēng)機(jī)平面速度分布云圖,可以看出,隨著風(fēng)機(jī)安裝俯仰角的增大,風(fēng)機(jī)射流趨向于隧道底板。Betta等人比較了風(fēng)機(jī)不同安裝俯仰角下隧道頂壁和底板的剪應(yīng)力,以及推力和推力變化率,確定θ=6°為最佳安裝角度。對(duì)于交通阻塞工況,風(fēng)機(jī)安裝最佳俯仰角為2°～4°[32]。

圖9 射流風(fēng)機(jī)安裝示意圖[32]

圖10 不同俯仰角θ下風(fēng)機(jī)平面速度分布云圖[32]

吳珂等人基于Fluent數(shù)值計(jì)算軟件,建立了橫向布置3臺(tái)射流風(fēng)機(jī)的隧道模型,分析了風(fēng)機(jī)射流風(fēng)速為30 m/s時(shí),不同安裝角度下的風(fēng)機(jī)升壓綜合影響系數(shù)(見表2)?？梢钥闯?安裝角度為0°～11°時(shí),升壓綜合影響系數(shù)逐漸增大;當(dāng)安裝角度大于11°時(shí),升壓綜合影響系數(shù)逐漸減小。這是因?yàn)楫?dāng)安裝角度為11°時(shí),射流微團(tuán)與隧道壁面的摩擦阻力損失最小;而安裝角度大于11°時(shí),射流風(fēng)機(jī)在出口處形成的旋渦不斷增大,導(dǎo)致升壓綜合影響系數(shù)下降。因此,風(fēng)機(jī)最佳安裝角度為11°[33]。

表2 不同安裝角度下單臺(tái)風(fēng)機(jī)升壓綜合影響系數(shù)

Zhao等人通過平均空氣齡和升壓系數(shù)確定射流風(fēng)機(jī)的最佳俯仰角。圖11為射流風(fēng)機(jī)不同俯仰角下,隧道側(cè)壁縱斷面空氣齡等高線和流線分布。當(dāng)射流風(fēng)機(jī)安裝俯仰角為7°時(shí),隧道凈空空間的平均空氣齡較小,升壓折減系數(shù)最大。因此確定射流風(fēng)機(jī)最佳安裝俯仰角為7°[34]。

圖11 隧道側(cè)壁縱斷面空氣齡等高線和流線分布[34]

4 曲線隧道風(fēng)機(jī)安裝參數(shù)

與直線隧道不同,曲線隧道斷面速度分布的不均勻性和隧道壁面的變化使射流擴(kuò)散過程更加復(fù)雜,影響隧道的通風(fēng)效率。射流的誘導(dǎo)和增壓特性在曲線隧道依然存在,但曲線隧道內(nèi)射流沖擊壁面導(dǎo)致射流動(dòng)量嚴(yán)重?fù)p失,射流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效率降低。適當(dāng)調(diào)整風(fēng)機(jī)安裝參數(shù)是保證曲線隧道通風(fēng)效率的有效方法。

王峰等人建立了半徑600 m、長(zhǎng)度330 m的曲線隧道模型,對(duì)比了曲線隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)組橫斷面及縱向布置方式的通風(fēng)效果,分析結(jié)果表明,并列風(fēng)機(jī)組向隧道內(nèi)側(cè)移動(dòng)0.5 m、風(fēng)機(jī)間距2.4 m時(shí),風(fēng)機(jī)折減效率最大為85.2%,曲線隧道風(fēng)機(jī)組縱向誘導(dǎo)距離為90 m[35]。

陳研等人建立了如圖12所示的2段曲線隧道CFD數(shù)值模型,優(yōu)化曲線隧道風(fēng)機(jī)組橫斷面和縱向布置。不調(diào)整風(fēng)機(jī)安裝位置時(shí),風(fēng)機(jī)射流沖擊隧道壁面,隧道內(nèi)部流場(chǎng)存在大面積低速區(qū),速度分布不均勻,不利于隧道通風(fēng)。風(fēng)機(jī)間距2D、內(nèi)側(cè)風(fēng)機(jī)向外偏移D、偏轉(zhuǎn)10°時(shí),隧道射流特性較好,如圖13所示。此時(shí),F1和F2區(qū)段通風(fēng)效果較好。圖14為隧道平面靜壓分布圖。射流在風(fēng)機(jī)下游100 m發(fā)展穩(wěn)定,據(jù)此確定F1和F2區(qū)段風(fēng)機(jī)縱向間距為100 m適宜[37]。

圖12 數(shù)值模型示意圖[37]

圖13 內(nèi)側(cè)風(fēng)機(jī)向外偏移D、偏轉(zhuǎn)角度10°時(shí) 隧道內(nèi)空氣射流特性[37]

圖14 隧道斷面平均靜壓分布[37]

Chen等人采用CFD數(shù)值模擬方法,對(duì)隧道內(nèi)流場(chǎng)、升壓折減系數(shù)和壁面剪應(yīng)力進(jìn)行了對(duì)比分析,確定了300 m長(zhǎng)彎曲隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)的最優(yōu)安裝位置。當(dāng)射流風(fēng)機(jī)向隧道凸壁面?zhèn)纫?.5 m或向凸壁面水平傾斜3°時(shí),氣流附壁效應(yīng)增強(qiáng),射流縱向影響范圍擴(kuò)大[38]。

5 結(jié)論與展望

隧道縱向通風(fēng)中,射流風(fēng)機(jī)的布置參數(shù)對(duì)射流的發(fā)展特性有較大影響,進(jìn)而影響隧道通風(fēng)效果。本文對(duì)公路隧道射流風(fēng)機(jī)布置參數(shù)相關(guān)研究進(jìn)行綜述,得到如下結(jié)論:

1) 射流風(fēng)機(jī)組縱向控制間距可通過理論計(jì)算或數(shù)值模擬分析確定;風(fēng)機(jī)口徑、風(fēng)機(jī)軸線間距、隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速等因素影響風(fēng)機(jī)組縱向控制間距。

2) 風(fēng)機(jī)組橫向間距過小和過大時(shí),風(fēng)機(jī)升壓力均較小,通風(fēng)效率差。

3) 在建筑限界范圍內(nèi),風(fēng)機(jī)安裝在距隧道頂壁距離較大位置,可有效避免射流沖擊頂壁造成的動(dòng)能損失,提高通風(fēng)效率。

4) 隨著風(fēng)機(jī)安裝俯仰角的增大,射流趨向于隧道底板;風(fēng)機(jī)安裝最佳俯仰角的確定可以有效減小流動(dòng)附著引起的壓力損失,提高通風(fēng)效率。

5) 曲線隧道風(fēng)機(jī)組的偏移位置和偏轉(zhuǎn)角度影響隧道通風(fēng)效率;隧道曲率影響風(fēng)機(jī)偏移和偏轉(zhuǎn)量。

目前,JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》中尚無射流風(fēng)機(jī)安裝俯仰角及曲線隧道風(fēng)機(jī)偏移位置、偏轉(zhuǎn)角度的相關(guān)規(guī)定。建議射流風(fēng)機(jī)布置時(shí)考慮以上因素,以提高射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)效率。

實(shí)際工程中,隧道通風(fēng)系統(tǒng)的性能受諸多因素影響,如坡度、自然風(fēng)[39]。射流風(fēng)機(jī)安裝參數(shù)研究的實(shí)驗(yàn)和仿真工況多為理想工況,與隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)的實(shí)際通風(fēng)效果存在差異。例如,山區(qū)等多風(fēng)區(qū)域的隧道通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)受到不同速度的自然風(fēng)的影響。因此,應(yīng)在今后的研究中進(jìn)一步將隧道實(shí)際環(huán)境參數(shù)作為風(fēng)機(jī)安裝參數(shù)研究的初始條件,以得到更為接近真實(shí)工況的研究結(jié)果。

受地形等多種因素影響,不同隧道的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在較大差異?，F(xiàn)有風(fēng)機(jī)安裝參數(shù)的研究多具有針對(duì)性,難以直接推廣應(yīng)用于其他隧道。因此,建立風(fēng)機(jī)安裝參數(shù)與隧道結(jié)構(gòu)、通風(fēng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的參數(shù)化關(guān)系,有利于簡(jiǎn)化隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高隧道通風(fēng)效率、節(jié)約能源。