隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,公路建設(shè)也蓬勃發(fā)展,而隧道作為山區(qū)高速公路不可或缺的重要組成部分,其數(shù)量和長度也隨之快速增長。山嶺隧道通風(fēng)系統(tǒng)不僅能耗巨大,同時還存在設(shè)計不合理、設(shè)備利用率不高、能源浪費嚴重等問題,這些問題給通風(fēng)系統(tǒng)帶來更大的能源負擔。隨著汽車的普及,隧道內(nèi)的車流量也隨之增大,汽車尾氣是隧道內(nèi)空氣污染物的主要來源之一,其中含有CO、NO_X、煙霧等有害物質(zhì),如果不有效處理,會嚴重影響隧道內(nèi)人員的身體健康和行車安全,所以必須在隧道中設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng),排出有害氣體,送入新鮮空氣,確保隧道內(nèi)環(huán)境的安全性和舒適性。因此,小間距隧道洞口污染物竄流的研究,符合我國節(jié)約能源的基本國策,對于我國公路建設(shè)特別是隧道建設(shè)的持續(xù)良性發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)現(xiàn)有的關(guān)于隧道洞口污染物竄流的研究大部分只局限于單個隧道洞口污染物的擴散以及雙洞口公路隧道兩洞口間的污染物擴散問題。目前對小間距隧道多洞口的污染物擴散進行的研究很少,并且相關(guān)研究沒有同時考慮山谷風(fēng)速、雙線間距和上下游間距三種因素的影響,而實際工程中這三種影響因素肯定是同時存在的。目前尚未有學(xué)者在同時考慮山谷風(fēng)速、雙線間距和上下游間距三種因素的前提下,對存在四座隧道的小間距隧道洞口的污染物竄流問題進行研究,更未給出相關(guān)的計算公式。論文首先總結(jié)了國內(nèi)外隧道通風(fēng)和洞口污染物竄流的研究狀況,介紹了公路隧道通風(fēng)空氣動力學(xué)研究理論。本文采用FLUENT軟件分析了存在四座隧道的小間距隧道洞口因為間距較小而產(chǎn)生的氣流擴散影響問題,包括:(1)上游隧道內(nèi)排出來的污染物因為來不及擴散,又被吸入下游隧道的問題;(2)相鄰隧道的交叉污染問題。采用k-?雙方程紊流模型和組分傳輸方程組,通過計算流體力學(xué)軟件FLUENT模擬分析了在不同隧道洞口進排風(fēng)速下,山谷風(fēng)速、雙線間距和上下游間距對小間距隧道洞口污染物竄流的影響規(guī)律,并根據(jù)模擬得到的數(shù)據(jù)擬合了橫向竄流量和縱向竄流量的計算公式。最后對小間距隧道洞口污染物竄流進行了物理模型試驗,結(jié)合數(shù)值模擬,對小間距隧道洞口污染物竄流現(xiàn)象進行了模型論證和試驗分析。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U453.5
【部分圖文】：

1.1 研究背景山嶺隧道一般均需設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)以滿足隧道通風(fēng)的要求，由于山嶺隧道大部分長度較長、規(guī)模較大，相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)模龐大，這使得通風(fēng)系統(tǒng)的能耗在隧道運營能耗中占據(jù)相當大的比重，其運營費用亦是一筆巨大的開支。因此，對隧道通風(fēng)系統(tǒng)進行合理設(shè)計，實現(xiàn)其經(jīng)濟性和高效性的有機統(tǒng)一，是國內(nèi)交通運輸行業(yè)研究領(lǐng)域的一個重要課題。改革開放以來，我國的公路建設(shè)高速發(fā)展，一條條高速公路通過一座座隧道穿山越嶺，為我國經(jīng)濟的高速發(fā)展鋪平道路。截止 2017 年底，我國共有公路隧道16229 處，總長度 1528.51 萬米，其中長隧道和特長隧道各有 3841 處和 902 處，總長度分別達到 659.93 萬米和 401.32 萬米[1]。山嶺隧道數(shù)量的快速增長和長度的迅速增加，也對隧道通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)能力提出了更高的要求。

（b）計算模型平面示意圖（b）Plane sketch of computational model圖 2-1 計算模型示意圖Figure 2-1. Sketch of computational model下，本文以隧道洞口 2-2 為研究對象，以 CO 相2 內(nèi) 30 m 處的 CO 平均濃度相對于單個隧道出百分數(shù)為主要參數(shù)，研究從排風(fēng)洞口 4-4 和 1- ，從排風(fēng)洞口 4-4 到進風(fēng)洞口 2-2 的污染物橫風(fēng)洞口 2-2 的污染物縱向竄流量s 在不同隧道間距和上下游間距的變化規(guī)律。條件為：隧道進出口內(nèi) 30 m 處和山谷風(fēng)入口設(shè)向隧道外，隧道進口速度方向指向隧道內(nèi)。山氣空間區(qū)域邊界設(shè)為自由邊界。采用一階迎風(fēng)

圖 2-3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證結(jié)果圖Figure 2-3. Mesh independence verification result graph網(wǎng)格劃分圖如圖 2-2 所示，采用六面體網(wǎng)格進行劃分，取隧道洞口進排風(fēng)速 V=4 m/s，山谷風(fēng)速 v=3 m/s 最大的上下游間距 S=60 m 的工況進行分析，當網(wǎng)果的變化已經(jīng)非常小，不超過 1%，如圖 2-3 所示。時提高計算效率，在對模型進行網(wǎng)格劃分時將網(wǎng)格數(shù)表 2-1 小間距隧道洞口污染物竄流數(shù)值模擬工況he condition of numerical simulation of pollutant crossflowclosely-spaced tunnel參數(shù) 變化量線間距H（m） 12，20，30，40，50游間距S（m） 20，30，40，50，60

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本文編號：2816521