[發(fā)明專利]曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的確定方法無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201010180457.7 | 申請日： | 2010-05-21 |
| 公開（公告）號： | CN101864978A | 公開（公告）日： | 2010-10-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王明年;王峰;郭春;于麗;劉大剛;童建軍;張安睿 | 申請（專利權(quán)）人： | 王明年 |
| 主分類號： | E21F1/00 | 分類號： | E21F1/00;G06F17/50 |
| 代理公司： | 成都市輔君專利代理有限公司 51120 | 代理人： | 劉冰心 |
| 地址： | 610031 四川省成都市*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 曲線 隧道 通風(fēng) 阻力 確定 方法 | ||
(一)技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的確定方法，屬隧道通風(fēng)類(E21F)。
(二)背景技術(shù)：
隨著我國隧道工程的快速發(fā)展，尤其是公路隧道的迅猛發(fā)展，隧道通風(fēng)工程的重要性逐漸受到相關(guān)研究學(xué)者、設(shè)計人員及施工人員的高度重視。隧道通風(fēng)工程的設(shè)計則成為隧道安全營運和高效節(jié)能運營的關(guān)鍵。目前，我國隧道工程線形的設(shè)計從以往單一的直線形發(fā)展到曲線形，甚至螺旋線形。如：北京至昆明高速公路四川境內(nèi)雅安至瀘沽項目雅安～石棉～瀘沽高速公路段雙螺旋隧道，干海子隧道和鐵寨子Ⅰ號隧道。曲線隧道線形的變化將直接影響曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的大小，從而直接影響曲線隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計。因而，曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的確定是曲線隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。
目前，國內(nèi)外相關(guān)研究學(xué)者研究對象主要集中于直線隧道沿程阻力，對于曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的研究較少，也是研究的空白，且國家設(shè)計規(guī)范中對曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的確定也未作相應(yīng)的說明。這對曲線隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計造成了較大的困難，對曲線隧道營運安全和節(jié)能將產(chǎn)生嚴重的影響。
(三)發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的確定方法，目的之一是彌補目前曲線隧道通風(fēng)沿程阻力計算研究的空白，為曲線隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，以保障曲線隧道營運安全和節(jié)能。采用的技術(shù)方案如下：
曲線隧道通風(fēng)沿程阻力的確定方法，其特征是該方法包括如下步驟：
1)分析直線隧道沿程阻力hf的確定方法為：
上式中：l為隧道長度m；d為隧道斷面當(dāng)量直徑m；v為隧道內(nèi)斷面平均速度，m/s；g為重力加速度，m/s2；λ為隧道沿程阻力系數(shù)；
2)采用計算流體力學(xué)CFD方法，利用大型流體力學(xué)軟件FLUENT，建立如下模型：
①建立計算曲線隧道沿程阻力的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用了連續(xù)性方程、動量方程和k-ε湍流模型；
②建立不同半徑曲線隧道和直線隧道的幾何模型：建立的曲線半徑R選為150m、300m、400m、600m、1000m、1200m、2000m、5000m和10000m的曲線隧道幾何模型，模型的長度為1800m；
③建立不同半徑曲線隧道空間內(nèi)氣體流動的物理模型，建立該物理模型時在隧道各處取的邊界條件如下：隧道入口為速度邊界條件，隧道出口為壓力邊界條件，隧道壁面和地面為靜止的壁面邊界條件，壁面粗糙度Δ根據(jù)設(shè)計施工要求選擇相應(yīng)的粗糙度；
3)依據(jù)上述模型和方法，分別按隧道壁面兩種極限粗糙度Δ＝0.8mm和Δ＝8mm對不同半徑曲線隧道沿程阻力系數(shù)λ、λ/λ直線進行三維數(shù)值模擬計算；
4)根據(jù)上述計算結(jié)果，確定曲線隧道空氣流動穩(wěn)定距離段ΔL內(nèi)的沿程阻力hf和對應(yīng)的沿程阻力系數(shù)λf，步驟如下：
①在以上各個曲線隧道模型和直線隧道中分別選取距入口斷面L1＝600m和L2＝1200m的兩斷面S1、S2，分別確定出兩斷面的平均空氣壓力P1、P2，兩斷面空氣壓差P2-P1即為兩斷面間的沿程阻力hf；
②根據(jù)上述確定的沿程阻力hf和上述沿程阻力hf的確定公式(A)，便可確定出對應(yīng)的不同半徑曲線隧道內(nèi)沿程阻力系數(shù)λf和直線隧道沿程阻力系數(shù)λ直線，并獲得穩(wěn)定距離段ΔL段內(nèi)曲線與直線隧道沿程阻力系數(shù)的比值λ/λ直線；
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