ICEM建模Fluent数值模拟隧道通风安全设计(4)

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1.4 本文主要研究内容

本文以秦岭终南山公路隧道为研究对象，制定了相应的研究内容和研究方法。运用ICEM CFD和FLUENT软件对秦岭终南山公路隧道进行数值模拟，为隧道内的通风控制提供科学的方法。

通过国内外研究现状可知，我国在隧道通风数值模拟方面的研究与国外相比较为落后。根据国内隧道通风的研究现状，本文采用国际市场上占有率最高的CFD软件FLUENT对隧道内的空气流动进行研究。目前国内的隧道通风研究还停留在隧道内风机的选型、隧道风量的计算、隧道通风实验和通风方式的选择上[15]。对于风机的安装位置、隧道的进出口风速、风机的组合方式的研究相对较少。由于隧道内的通风与风机的安装位置、风机的组合方式密切相关，因此，这方面的研究很有必要。但是，普通的现场试验法和模型试验法费用高、规模大、重复性较差。而计算机数值模拟实验不受场地、仪器、环境、资金等诸多因素的限制，具有较大的灵活性。所以，本文采用数值模拟的方法，就不同工况下的隧道通风进行研究。

本文通过运用ICEM CFD和FLUENT软件模拟秦岭终南山公路隧道采用纵向通风方式时射流风机的各种安装条件，研究隧道中速度分布、压力分布、风机综合性能等信息，并确定风机安装的最优化方案。针对隧道的交通状况，研究隧道内的污染物浓度扩散状况，并设计出合理的方案。具体研究内容包括以下几个方面：

1）隧道入口风速对风机和隧道通风的影响

2）风机出口风速对风机和隧道通风的影响

3）风机与拱顶间距对风机和隧道通风的影响

4）风机左右间距对风机和隧道通风的影响

5）正常交通时隧道内CO浓度扩散状况及影响

6）交通堵塞时隧道内CO浓度扩散状况及影响

2 公路隧道纵向通风的基础理论与数值模拟方法

对公路隧道的纵向通风进行研究，不仅要了解公路隧道纵向通风的基础理论，了解隧道内的通风计算时对流体的假设和CFD数值模拟的方法。而且要了解计算流体力学的基础理论，对计算流体力学有一个初步的认识。本章针对公路隧道纵向通风的基础理论与数值模拟方法做了相关阐述。

2.1 公路隧道纵向通风的基础理论

空气动力学作为研究公路隧道纵向通风的基础理论，意义重大。为了在不影响计算结果的前提下简化计算，需要对隧道内的流体做出如下假设。

2.1.1 隧道内通风计算的假设

（1）流体为不可压缩流体

流体不能承受拉力，在任何剪切力作用下会发生连续不断地变形，任何实际流体具有易流动、黏性和可压缩性。流体的黏性是指流体抵抗剪切变形（或相对运动）的一种属性。粘性的大小取决于流体的种类，并随着温度而变化。实验表明，黏性应力的大小与黏性及速度梯度成正比。当流体的黏性较小（如空气和水的黏性都很小，二者的动力黏度分别约为0.02、1.0mPa·s），运动的相对速度也不大时，所产生的黏性应力比起其他类型的力（如惯性力）可忽略不计。此时，可以近似的把流体看成是无粘性的，也称作理想流体。自然界中所有的流体都具有一定的可压缩性。流体的可压缩性是指流体质点在一定压力差或温度差的条件下，其体积或密度可以改变的性质。

隧道内的空气会受到车辆、外部环境、通风设施等诸多因素的影响，所以隧道内的空气流动十分复杂。严格来说，隧道内的空气流动时一种复杂的三维、非定常、可压缩的湍流流动。但是，在隧道运营过程中，车辆行驶方向的三维空气流动占主要地位[16]。因此，在研究隧道通风时，把空气流动简化为一维流动。在隧道通风的计算中，由于隧道内的温度变化较小，隧道内的压力在常压范围内，隧道内的风速远小于音速，空气的密度和体积的变化对计算的精度不会产生影响。,源^自!优尔/文-论/文*网[www.youerw.com因此，将隧道内的空气假设为不可压缩流体。