(3)半横向通风工程造价较低,投资费用约为全横向通风的一半左右。
半横向通风缺点:
(1)排风型半横向通风通过风道排风,由峒口沿隧道纵向进风,因此会在隧道内出现风速为0的中性点,导致通风换气不畅,有害气体浓度无限上升。
(2)送风型半横向通风通过风道送风,由峒口沿隧道纵向排风,会造成进出峒口区域废气污染。
(3)半横向通风由于风道面积小,风速较高,会导致通风系统运营费用上升。
2.1.3 纵向通风
纵向通风包括全射流通风和射流+轴流组合式分段通风两种方式,根据隧道的长度和需风量,结合隧道辅助坑道设置送、排风井,可灵活组合方式。
纵向通风优点:
(1)充分利用隧道拱部净空,对隧道土建工程影响极小。
(2)有害气体浓度呈三角形分布,空气清新度好。
(3)通风设备功率较低,运营费用小,且控制简便。
(4)单向行车时可充分利用交通风,节省运营费用。
纵向通风缺点:
(1)火灾工况下,只能沿隧道纵向排烟,防火排烟效果差。
(2)火灾工况下,不利于人员疏散、逃生[12]。
2.2 计算流体力学理论
公路隧道处于火灾工况时,隧道内部的流体流动遵循基本的守恒定律。质量守恒定律、能量守恒定律以及动量守恒定律即为基本的守恒定律。控制方程则是上述守恒定律的数学描述,控制方程如下[13]。
质量守恒方程,即连续方程: (2.1)
引入矢量符号 ,式(2.1)写成: (2.2)
有的文献使用符号 表示散度,即 ,这样,式(2.1)写成:(2.3)
在式(2.1)至(2.3)中, 是密度,t是时间, 是速度矢量, 是速度矢量 在 方向的分量。
动量守恒方程:
式中, 是流体微元体上的压力; 等是因分子粘性作用而产生的作用在微元体表面上的粘性应力 的分量; 是微元体上的体力,若体力只有重力,且 轴竖直向上,则 。
能量守恒方程: (2.5)
该式可写成展开形式: (2.6)
式中, 是比热容, 为温度, 为流体的传热系数, 为流体的内热源及由于粘性作用流体机械能转换为热能的部分,有时简称 为粘性耗散项。
为了得到封闭的方程组,除了上述涉及到的 优尔个未知量,还需要补充一个联系 的状态方程: (2.7)
控制方程的通用形式: (2.8)
其展开形式为: (2.9)
式中, 为通用变量,可以代表 等求解变量; 为广义扩散系数;S为广义源项。式(2.8)中各项依次为对流项(convective term)、扩散项(diffusive term)和源项(source term)。对于特定的方程, 、 和 具有特定的形式,表2.1给出了三个符号与各特定方程的对应关系。
表2.1 通用控制方程中各符号的具体形式
符号方程
连续方程 1 0 0
动量方程能量方程2.3 Fluent软件模拟
2.3.1 应用Gambit建立系统模型
由于隧道长高比太大,不利于全程隧道的模型建立,所以截取隧道一段建立结构模型。具体步骤如下:
(1)利用Gambit确定隧道模型的点。通过对所构想的模型进行分析,确定每个点的三文坐标,在Gambit中逐个输入点的坐标,从而确定点的位置。
(2)利用Gambit将所确定的点形成线。在Gambit中点击输入线条按钮,确定输入直线,在按住键盘shift键,奖所要连成线的点连成线。需要输入曲线或圆弧时,将输入对象改成曲线或者圆弧即可,也可用鼠标选入相应点,点击apply。
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