本文關(guān)鍵詞：氣象要素對寒區(qū)隧道溫度場影響及縱向分區(qū)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：面對國際經(jīng)濟合作和競爭格局的深刻變化,順應(yīng)國內(nèi)經(jīng)濟提質(zhì)增效升級的迫切需要,我國積極倡導(dǎo)構(gòu)建“橫貫東西、縱貫?zāi)媳�、�?nèi)暢外通”的綜合運輸大通道,在建及擬建寒區(qū)隧道工程日益增多。然而就我國當前寒區(qū)隧道工程運營現(xiàn)狀而言,隧道凍害頑疾尚未攻破,新建隧道中仍然出現(xiàn)大量滲漏凍害現(xiàn)象。本論文以中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題“寒區(qū)高速鐵路隧道防寒排水設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)”項目為依托,綜合運用理論研究、現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬、數(shù)理統(tǒng)計等方法,建立了寒區(qū)隧道“空氣—襯砌—圍巖”流、固耦合傳熱三維數(shù)值計算模型,重點探究氣象要素對寒區(qū)隧道溫度場的影響,主要成果及結(jié)論如下：(1)本文在調(diào)研相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,針對寒區(qū)隧道工程中多物理場之間的強耦合關(guān)系,以空氣、地下水、圍巖、防排水設(shè)施內(nèi)水流場等多個基本場為骨架,編制了寒區(qū)隧道多場耦合關(guān)系圖；(2)通過整理、分析瓦房店隧道現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),得到了瓦房店隧道洞外氣溫隨時間變化函數(shù)、洞內(nèi)氣溫分布規(guī)律以及洞內(nèi)、外氣溫之間的隨動關(guān)系,并結(jié)合隧址周邊環(huán)境特點,分析了瓦房店隧道洞口風速、風頻與凌源地區(qū)風速、風頻之間的關(guān)系,結(jié)果表明,地形地貌對隧址小氣候的形成有重要影響；(3)以現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)為邊界條件,建立了瓦房店隧道“空氣—襯砌—圍巖”流、固耦合傳熱數(shù)值計算模型,并對比計算值與實測值,驗證了該計算模型的可靠性；(4)通過理論分析各氣象要素的基本特征及其對寒區(qū)隧道溫度場的影響機制,提出將多氣象要素與隧道具體條件相結(jié)合,抽象出洞口氣溫、等效自然風速兩項氣象要素綜合指標作為寒區(qū)隧道流、固耦合傳熱數(shù)值模擬的邊界輸入條件；(5)根據(jù)隧道內(nèi)自然風流形成的主導(dǎo)因素不同,提出將寒區(qū)隧道分為自然風主導(dǎo)型隧道、熱位差主導(dǎo)型隧道、自然風與熱位差共同主導(dǎo)型隧道、大氣氣壓梯度影響型隧道。通過三維瞬態(tài)非線性分析,得到了隧道洞口最冷月平均氣溫、冬季主導(dǎo)風風向、風速對自然風主導(dǎo)型隧道溫度場的影響規(guī)律。在多工況數(shù)值的基礎(chǔ)上,引入多元非線性逐步回歸方法,得到了特定條件下的寒區(qū)隧道溫度場縱向影響長度與洞口氣溫、等效自然風速之間的非線性回歸表達式。結(jié)果表明,洞口氣溫與等效自然風速對寒區(qū)隧道溫度場的影響程度均較大,且二者有相互加強的作用,建議寒區(qū)隧道防寒保溫設(shè)計以洞口氣溫、等效自然風速作為氣象要素基本參考指標,并結(jié)合圍巖條件、水文條件確定防寒排水設(shè)施類型。(6)初步提出了寒區(qū)隧道縱向防寒分區(qū)的原則和相應(yīng)標準,并以隧道洞內(nèi)最冷月平均氣溫-3℃位置、最冷日平均氣溫0℃位置作為分區(qū)閾值,將隧道沿縱向分為防寒強影響區(qū)、弱影響區(qū)和無影響區(qū),并針對京沈客專某隧道進行了縱向防寒分區(qū)。
【關(guān)鍵詞】：寒區(qū) 隧道 氣象要素 溫度場 縱向分區(qū)
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U457.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• abstract7-12
• 第1章 緒論12-25
• 1.1 問題的提出12-13
• 1.2 課題的研究意義13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.3.1 關(guān)于寒區(qū)隧道溫度場分布規(guī)律的研究14-15
• 1.3.2 關(guān)于寒區(qū)隧道溫度場數(shù)值模擬的研究15-16
• 1.3.3 氣象要素與寒區(qū)隧道溫度場關(guān)系研究16-20
• 1.3.4 寒區(qū)隧道縱向防寒設(shè)防長度的應(yīng)用現(xiàn)狀20-22
• 1.4 研究目標與內(nèi)容22-23
• 1.5 研究方法與技術(shù)路線23-25
• 第2章 寒區(qū)隧道流、固耦合傳熱理論研究25-35
• 2.1 寒區(qū)隧道多場耦合問題理論研究25-26
• 2.2 寒區(qū)隧道空氣動力學、傳熱學基本理論研究26-29
• 2.2.1 隧道空氣動力學基本方程26-27
• 2.2.2 隧道傳熱學基本理論27-29
• 2.3 計算流體動力學基本理論29-32
• 2.3.1 基本思想29
• 2.3.2 計算流體力學求解過程29-30
• 2.3.3 CFD數(shù)值模擬方法及分類30-31
• 2.3.4 有限體積法的基本理論31-32
• 2.4 寒區(qū)隧道流、固耦合傳熱在FLUENT中的實現(xiàn)32-34
• 2.4.1 基本假定32-33
• 2.4.2 物理模型的確定33
• 2.4.3 邊界條件的處理33-34
• 2.4.4 算法的選擇34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 瓦房店隧道溫度場測試及數(shù)值模擬35-54
• 3.1 瓦房店隧道工程背景35-37
• 3.1.1 工程概況35
• 3.1.2 地形地貌與工程地質(zhì)35-36
• 3.1.3 氣象與水文36
• 3.1.4 隧道防寒排水設(shè)計方案36-37
• 3.2 隧址局部氣象測試及洞內(nèi)氣溫測試37-45
• 3.2.1 試驗內(nèi)容及器材37-39
• 3.2.3 試驗測點布置及監(jiān)測頻率39-40
• 3.2.4 試驗結(jié)果與分析40-45
• 3.3 瓦房店隧道流、固耦合傳熱數(shù)值模擬45-52
• 3.3.1 模型的建立46-47
• 3.3.2 計算參數(shù)的選取與邊界條件的確定47
• 3.3.3 瓦房店隧道原始地溫場研究47-49
• 3.3.4 計算結(jié)果與分析49-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第4章 氣象要素對寒區(qū)隧道溫度場的影響研究54-87
• 4.1 氣象要素理論分析及工況抽象54-63
• 4.1.1 洞口氣溫54-55
• 4.1.2 隧道內(nèi)自然風流的形成與等效自然風速計算55-59
• 4.1.3 洞內(nèi)自然風流對隧道溫度場影響初步分析59-60
• 4.1.4 空氣濕度對隧道溫度場影響理論分析60-62
• 4.1.5 太陽輻射對隧道溫度場影響分析62
• 4.1.6 氣象要素綜合指標的確定62-63
• 4.2 計算模型及定解條件63-67
• 4.2.1 模型的建立63-64
• 4.2.2 邊界條件的確定64
• 4.2.3 初始條件及材料參數(shù)64-66
• 4.2.4 考察點的選擇66
• 4.2.5 本算例氣象要素工況數(shù)值模擬實現(xiàn)66-67
• 4.3 最冷月平均氣溫對寒區(qū)隧道溫度場的影響67-71
• 4.4 主導(dǎo)風風向?qū)畢^(qū)隧道溫度場的影響71-76
• 4.5 主導(dǎo)風風速對寒區(qū)隧道溫度場的影響76-78
• 4.6 氣象要素對寒區(qū)隧道溫度場縱向影響多元回歸分析78-86
• 4.6.1 縱向影響判別指標的確定78-79
• 4.6.2 計算模型及相關(guān)參數(shù)79-81
• 4.6.3 計算工況81-82
• 4.6.4 指標回歸基本思想82
• 4.6.5 計算結(jié)果及回歸分析82-86
• 4.7 本章小結(jié)86-87
• 第5章 寒區(qū)隧道縱向防寒分區(qū)研究87-98
• 5.1 隧道縱向防寒分區(qū)的提出及意義87
• 5.2 隧道縱向防寒分區(qū)初步研究87-93
• 5.2.1 分區(qū)原則與相應(yīng)標準87-88
• 5.2.2 分區(qū)閾值的探討88-89
• 5.2.3 洞內(nèi)氣溫分布計算89-93
• 5.3 縱向防寒分區(qū)計算示例93-97
• 5.3.1 工程背景94
• 5.3.2 相關(guān)計算參數(shù)94-95
• 5.3.3 結(jié)果分析及縱向防寒分區(qū)的確定95-97
• 5.4 本章小結(jié)97-98
• 結(jié)論與展望98-100
• 致謝100-101
• 參考文獻101-106
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果106

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