90度拐弯风道通风结构优化及设置导流板效应分析
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２１ ０ １年第 １ 期
温玉辉 ， 谢永利 ， 宁军 ９ 李 ０度拐 弯风道 通风结构优化 及设置导 流板效应分 析
总第 １１ ４ 期
９ Ｏ度 拐 弯 风 道 通 风 结 构 优 化 及 设 置 导 流 板 效 应 分 析
温玉辉 ，谢永利 ，李宁军
（． １ 广东省公 路勘察规划设 计院股份有限公司 ， 广州 ５ ０ ０ ； ． １５ ７ ２ 长安大学公 路学院 ， 西安
流体 力学 成 熟 理论 以及 通 风 工 程 精 度 要 求 ， 可对 公 路 隧道 运 营风 流 进 行 如下 假 定 ： 空 气 是 连续 ① 介 质 ； 空 气 不可 压 缩 ； 流体 运 动各 向同性 。 ② ③
数 值 计 算 工 具 采 用 国 际 通 用 的计 算 流 体 力
采 用 湍 流 动 能 ｋ以 及 湍 流 动 能 散 耗 率 来 确 定 涡流粘 度 系数 ， 计算 公 式 如下 ：
Ｌ２
网格较疏区域之间必须光滑过渡 ； ②对进出 口区
域 网格必 须 加 密 ， 而 保 证 计 算 结 果 的精 确 性 ； 从
＝。
（） ２
③ 收敛 动 态 因子 的控 制 ： 在具 体 计 算 中对 收敛 动
是 可行 的 。否 则 必 须 对 网格 重 新 加 密 后 再 进 行
计算。
Ｕ ＝ ＤＹ Ｂ 亡２ ＋ ｇ
其中 Ｕ ） ， 定义 如 下 ： ，
。 “丝 十
Ｃ ＝１６ ；Ｇ ＝０ ０ ５ Ｉ ０ ７ ７ ； ２ ． ８ 且 ．８ ； ＝ ． １ ９
詈 ｃ —２） （ ＧＣ８ － ｐ
＝ ． １９ ７ ／ｋ ８ ０ ７ ７ ；，＝ｖ－／ ； ￣ －
ｃ ＝ ．２一 （ 一 ／．８ ／ １ ００５ ； Ｏ／ ／ ＋ ｕ ａｉ； １ １４ 田 １ 叼４３ ） （ ＋ ．１７ ） Ｇ＝ ｕ ｄ （ ａ／ ｘ） ／
况 以进 一步说明导流板 的作用机 理。得 出了导流板能起 到有效 减少通 风 压力损 失并 减 少偏 流 以及涡 流强度 的作用 ， 随导 流板数 目的增加其在 减少通风压 力损失方 面的效 应却减 弱 的结论 ， 但 相关 结论 可供 公路 隧道通 风计算 设计参考 。
关 键 词 ：隧 道 工 程 ； 算 流 体 动 力 学 ； Ｎ —ｓ模 型 ； 值 分 析 ； 流 板 计 Ｒ Ｇｋ 数 导
形 式见 表 １ 。
表 １ 流 场 控 制 方 程
方 程
连 续 １
ｒ
０ ０
一
动 量
＋ ‘
一 ＋ ［ ＋ 】 ｃ 砉 ＋ ［ ＋ 】 罢 杀（ ＋ 【 ＋ 】 ｃ 杀
，量 ｒ 一 动
＋
一 ＋－ ＋ 考＋［＋）］ ［＋ ｗ 考 －（／ ］ ｃ ｏ＋ （ Ｏ ￣ ｉｚ 号 告 ］ ｘｘ ， ［ ｖ
态 因子 进 行 调 节 ， 计 算 结 果 得 到 满 意 的 收 敛 使
联 络风 道壁 面 处采 用 壁 面 函数 进行 处 理 ：
值； ④对同一三维模 型必须采用不 同单元数量的
网格 划分 进 行计 算 。并 对 计 算 结 果 进 行 比较 ， 如 果计 算 结果 差 别不 大 ， 说 明所 采 用 的 网格划 分 则
・
１ ・ ９
２１ ０ １年第 １ 期
方 程 妒 ｆ
广东公路 勘察设 计
总第 １１ ４ 期
Ｚ动 一量
动 能
＂
弘ｆ ＋
Ⅱ十丝
ｏＩ ｒ
一 ＋ 【＋ 】 【 ＋）】 【 ＋）】 老 去（ 詈 ＋ ｃ ＋ ｃ 警 ｐ ｐ 啬
Ｇ— ８ ｐ
耗率 散
占
Ｕ
拐 弯联 络 风 道 内半 径 与 局 部 压 力 损 失 系数 的 关
系 曲线 以指 导 实 际土 建 工 程 结 构 设 计 优 化 ； 通 并 过模 拟设 置 导 流板 的 ９ ０度 拐 弯 风 道 流 场 以明 晰 导流板 的作用 机 理及 效应 。
流 场控 制 方 程 中通 量 在 流 体 运 动 中 表 达
学 专业 软 件 Ｃ ｄ ｓ ｎ Ｆ ｅｉ 。 ｇ １ １ 湍 流 模 型 ．
Ｃ Ｄ模 拟 中采 用 Ｒ Ｇ 一占湍 流模 型 。流场 Ｆ Ｎ 控 制方 程 采 用通 用 微 分 控 制方 程 表示 如 下 ： （ ）＋ｄｖ ｐ ￣）＝ｄｖ ｒ ｒａ ）＋ （ ） ｐ ｉ（ Ｖ ｉ（ ｇ ａ ￣ Ｓ １
现有 公 路 隧道 通 风 系统 设 计 中 ， 论 采 用 竖 不
井送 排式 或 （ ） 向式 均需 要 设 置 联 络 通 风 道 。 半 横
１ 数 学 模 型
公 路 隧 道运 营 通 风 流 场 属 于 低 速 流 场 ， 据 根
而考 虑 到工 程地 质 情 况 以 及具 体设 计 要 求 ， 络 联 通 风道一 般 均 需 要 进 行 比较 大 的 拐 弯 设 计 才 能
满足 要求 。但 目前 有关 拐弯 联 络 风 道 、 别 是 ９ 特 Ｏ 度 拐弯联 络 风 道 的通 风 效 果 及 其 局 部 通 风 压 力 损失 系数 研究 偏少 。 有 鉴 于此 ， 文 依 托 特 长 公 路 隧 道 通 风 系 统 本 设计 方案 ， 用 计 算 流 体 动 力 学 （ Ｆ 的方 法 ， 采 Ｃ Ｄ） 建 立与实 际工程 尺 寸 吻合 的 ９ ０度 拐 弯 联 络 风 道 三 维模型 进行 数 值 模 拟试 验 分 析 。得 出 了 ９ Ｏ度
摘
７０ ６ ） １０ ４
要： 结合特长 公路隧道送 排式纵 向通风设计 方案并从通风工 程的 角度 出发 ， 对其 设计 的通 风系统 中不 同
ｒＤ 比值 的通风道 ９ 。 弯处进行 了数值模拟计 算研究 以确定 出较好的 风道拐弯 处土建 结构 形式 。同时着重 ／ Ｏ拐
从理论 和数值仿真 的角度分析说 明了 风道 ９ 。 ０ 拐弯处设 置 不同数 目导 流 板下 流场 的速 度分 布 和压力 损失情
温玉辉 ， 谢永利 ， 宁军 ９ 李 ０度拐 弯风道 通风结构优化 及设置导 流板效应分 析
总第 １１ ４ 期
９ Ｏ度 拐 弯 风 道 通 风 结 构 优 化 及 设 置 导 流 板 效 应 分 析
温玉辉 ，谢永利 ，李宁军
（． １ 广东省公 路勘察规划设 计院股份有限公司 ， 广州 ５ ０ ０ ； ． １５ ７ ２ 长安大学公 路学院 ， 西安
流体 力学 成 熟 理论 以及 通 风 工 程 精 度 要 求 ， 可对 公 路 隧道 运 营风 流 进 行 如下 假 定 ： 空 气 是 连续 ① 介 质 ； 空 气 不可 压 缩 ； 流体 运 动各 向同性 。 ② ③
数 值 计 算 工 具 采 用 国 际 通 用 的计 算 流 体 力
采 用 湍 流 动 能 ｋ以 及 湍 流 动 能 散 耗 率 来 确 定 涡流粘 度 系数 ， 计算 公 式 如下 ：
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③ 收敛 动 态 因子 的控 制 ： 在具 体 计 算 中对 收敛 动
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况 以进 一步说明导流板 的作用机 理。得 出了导流板能起 到有效 减少通 风 压力损 失并 减 少偏 流 以及涡 流强度 的作用 ， 随导 流板数 目的增加其在 减少通风压 力损失方 面的效 应却减 弱 的结论 ， 但 相关 结论 可供 公路 隧道通 风计算 设计参考 。
关 键 词 ：隧 道 工 程 ； 算 流 体 动 力 学 ； Ｎ —ｓ模 型 ； 值 分 析 ； 流 板 计 Ｒ Ｇｋ 数 导
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表 １ 流 场 控 制 方 程
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公 路 隧 道运 营 通 风 流 场 属 于 低 速 流 场 ， 据 根
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满足 要求 。但 目前 有关 拐弯 联 络 风 道 、 别 是 ９ 特 Ｏ 度 拐弯联 络 风 道 的通 风 效 果 及 其 局 部 通 风 压 力 损失 系数 研究 偏少 。 有 鉴 于此 ， 文 依 托 特 长 公 路 隧 道 通 风 系 统 本 设计 方案 ， 用 计 算 流 体 动 力 学 （ Ｆ 的方 法 ， 采 Ｃ Ｄ） 建 立与实 际工程 尺 寸 吻合 的 ９ ０度 拐 弯 联 络 风 道 三 维模型 进行 数 值 模 拟试 验 分 析 。得 出 了 ９ Ｏ度
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要： 结合特长 公路隧道送 排式纵 向通风设计 方案并从通风工 程的 角度 出发 ， 对其 设计 的通 风系统 中不 同
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