【摘要】：拉薩至日喀則(拉日)鐵路線是青藏鐵路的首條延伸線,平均線路高程3 800 m,共設(shè)29座隧道,其中長(zhǎng)度在2 km以上的隧道有10座。由于青藏鐵路機(jī)車仍舊采用內(nèi)燃牽引,青藏高原低氣壓、缺氧、大風(fēng)等特殊的氣候條件對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的要求已超出相關(guān)現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍。依托鐵道部下達(dá)的研究課題,完成了高原區(qū)內(nèi)燃牽引隧道通風(fēng)技術(shù)的研究,取得的研究成果如下:(1)分析了拉日線隧址區(qū)現(xiàn)場(chǎng)氣候?qū)ξ廴疚餄舛鹊挠绊?通過國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的比較,提出高海拔隧道內(nèi)燃牽引運(yùn)營(yíng)通風(fēng)有害氣體濃度建議值:工作日內(nèi)NOx(以NO2計(jì))平均容許濃度為10 mg/m3,工作日內(nèi)任何一次30 min內(nèi)接觸廢氣的平均濃度不超過30 mg/m3。工作日內(nèi)CO平均容許濃度為30 mg/m3,工作日內(nèi)任何一次30 min內(nèi)接觸廢氣的平均濃度不超過90 mg/m3。(2)通過老關(guān)角隧道(全長(zhǎng)4 010 m)、羊八井I號(hào)隧道(全長(zhǎng)3 345 m)和奎先隧道(全長(zhǎng)6 152 m)內(nèi)有害氣體冬季2次實(shí)地監(jiān)測(cè),調(diào)查現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車牽引隧道的通風(fēng)及有害氣體污染現(xiàn)狀,并做出原因分析,得到污染物在隧道內(nèi)的時(shí)間和空間分布。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算得到污染物在隧道中的擴(kuò)散系數(shù),并提出與風(fēng)速的二次函數(shù)關(guān)系式。分析發(fā)現(xiàn),機(jī)械通風(fēng)條件下的擴(kuò)散系數(shù)高于自然通風(fēng)條件下的擴(kuò)散系數(shù)。(3)根據(jù)拉日鐵路隧址處2007年5~6月份的自然風(fēng)速、風(fēng)向等觀測(cè)結(jié)果,建議拉日線隧道外自然風(fēng)速取2.6m/s�？紤]隧道兩洞口大氣壓的超靜壓差和洞內(nèi)外溫差產(chǎn)生的熱壓,通過理論計(jì)算及數(shù)值模擬,并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較,建議隧道內(nèi)自然風(fēng)速取1.5 m/s。通過活塞風(fēng)恒定流及非恒定流理論計(jì)算結(jié)果比較并采用數(shù)值模擬驗(yàn)證,拉日線隧址區(qū)氣象環(huán)境有利于實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng),長(zhǎng)度小于4 km隧道,可采用自然通風(fēng)。(4)基于湍流模式理論,利用ANSYS有限元計(jì)算軟件對(duì)列車穿隧道時(shí)的速度場(chǎng)及壓強(qiáng)場(chǎng)進(jìn)行模擬,并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬對(duì)單列車在隧道內(nèi)恒速及變速運(yùn)行時(shí)空氣壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)及溫度場(chǎng)的變化規(guī)律進(jìn)行研究并采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度較好。結(jié)果表明,隧道內(nèi)壓力變化趨勢(shì)與列車運(yùn)動(dòng)形式密切相關(guān),壓力系數(shù)大小與列車運(yùn)行速度及運(yùn)動(dòng)位置有關(guān)。列車與隧道壁間的空氣環(huán)隙速度沿隧道長(zhǎng)度方向并不恒定,而是從車頭向車尾逐漸減小,壓差較大,不同斷面處的環(huán)隙速度分布符合Earashaw以恒定流理論為基礎(chǔ)提出的C型流場(chǎng)分布。經(jīng)過恒定流與非恒定流計(jì)算結(jié)果比較,采用非恒定流理論更接近實(shí)際情況。列車壁與隧道壁之間距離越小,熱流對(duì)溫度場(chǎng)的影響越明顯,列車底部溫度場(chǎng)梯度變化較大,列車運(yùn)行速度對(duì)隧道內(nèi)溫度場(chǎng)影響較大。熱流邊界條件對(duì)壓力系數(shù)和速度系數(shù)的影響非常小,可以忽略。通過模擬1,0.562 5和0.1 atm不同壓力邊界條件下的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)并進(jìn)行比較,結(jié)果表明,高海拔低氣壓對(duì)活塞風(fēng)平均速度和壓力的影響可以忽略。

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