地下立交通风局部效应数值模拟分析

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随着我国社会经济发展,地上交通建设已是饱和状态,基础交通设施向地下延伸,通风费用巨大。与一般公路隧道不同,地下立交存在多处分岔隧道,易对气流起阻扰作用、产生涡漩,损耗射流风机提供的升压力,造成资源浪费,不利于污染物的排出。本文采取数值模拟,以直向支洞长度、斜向上下坡分支坡度、直向上下坡分支坡度、隧道壁面粗糙度为变量因子,在汇流、分流、不同入口风速条件下,对地下立交分岔隧道作局部损失分析,得到各因素对局部损失的影响及分岔隧道气流的一般规律、优化设计参数,为地下立交通风系统设计提供借鉴参考。以局部损失系数为度量标准,通过对模拟结果分析,得出以下结论:  (1)车辆汇流时,风流雷诺数较大,惯性力大于粘性力,产生垂直于纵向的二次流、形成大面积涡流,消耗射流风机提供的升压力,不利于洞内污染空气的排放。  车辆合流时的局部损失系数、压损、能耗大于分流。所以建议在设计地下立交分岔隧道时,应尽量避免气流合流这种情况。  (2)支线为上坡隧道,局部风压损失在气流分流时,受隧道纵向坡度的影响更大;支线为下坡隧道,局部风压损失在气流合流情况下,受坡度影响更显著。  绝对值相同,合流时,支洞为下坡隧道的局部损失大于上坡隧道;绝对值相同,分流时,分支是上坡隧道的局部损失大于下坡隧道。  所以设计时,要根据分、汇流、上下坡分支隧道的不同条件进行针对性设计。  (3)考虑到施工过程中和营运时排水的需要,以及坡度对车辆排放污染物的影响,建议设计分岔隧道的直向上坡支洞时,坡度宜取0.3%~2%,最大不宜超过5%;直向下坡支洞的坡度宜取-4%~-2%。斜向上坡分支的坡度宜取0.3%~2%,最大不宜超过5%;斜向下坡支洞的坡度宜取-5%~0%。  (4)分流时且直向支洞长度L>140m,分岔隧道的局部损失系数受L影响较小,所以设计地下立交分岔隧道时,相较于其他因素,这个影响因素影响较小。合流时,局部风压损耗受L影响很大,L越长,损失系数ζ越大,压损越大,风机升压力损耗也越大。所以在做合流设计时,应尽量缩短直向支线的长度。  (5)隧道壁面平均粗糙度对沿程阻力影响大,对局部阻力几乎无影响,所以在计算沿程阻力时需要考虑壁面粗糙度,计算分岔口的局部阻力时无需考虑。
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