雪峰山隧道通风模型实验设计

《雪峰山隧道通风模型实验设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、雪峰山隧道通风模型实验设计研究摘要：根据模型试验相似理论分析了雪峰山隧道通风模型设计应满足的相似条件，介绍了雪峰山隧道大比例通风模型和基本性能实验。该模型通可以较好地模拟运营工况和解决通风风井部位的关键技术问题。关键词：隧道通风模型实验相似理论0前言雪峰山隧道是国道主干线上海至瑞丽高速公路湖南省境邵阳至怀化段的控制性工程，位于邵阳与怀化两市交界山区。雪峰山隧道全长6956m(右洞)，是在建的国内第二长公路隧道，而且是国内第一座每洞采用2座竖(斜)井三段两单元送排式通风的隧道。由于两斜(竖)井通风方式的

2、运营调节要比一座斜(竖)井通风方式复杂得多，压力、风量平衡、气流短路、回流等相对难以控制，需要开展专项攻关。由于隧道长，交通工况前后期差异大，加之我国特长公路隧道运营通风方面的经验仍很少，尤其在多单元送排式纵向通风方面的研究还缺少实验、实测数据，因此围绕该工程开展运营通风系统的模型试验研究工作是十分必要的。物理模型实验能保证研究结果的真实性，因此通过较大比例的模型实验可以模拟运营工况和解决通风风井部位的关键技术问题。为此湖南省交通科学研究院和重庆交通科研设计院联合成立课题组对雪峰山隧道运营通风技术及模

3、型实验进行研究，通过研究来论证该隧道通风方案的合理性，进一步了解该隧道运营通风的基本方法和原理，为该隧道运营通风方案提供可靠的技术保证并为实际工程服务。该隧道的研究成果可为后续建设的特长公路隧道提供重要的参考价值。图1雪峰山隧道通风设计示意图2模型试验相似性研究2.1模型试验相似理论为了通过模型试验较准确研究工程原型的特征及运动变化的过程，就必须了解运动的相似条件。正常工况下，隧道中的通风气流可看作不可压缩粘性流体的等温流动，其相似条件可根据实际流体运动微分方程Navier—Stokes方程。对于不可

4、压缩的粘性流体，最普遍的运动方程式是Navier—Stokes方程式的连续方程式：（5-1）式中：、、——速度分量；P——压力；X、Y、Z——单位质量上外力的分量，通常X=0，Y=0，Z=g。流体运动体系都服从这一普遍的微分方程式，如二体系相似，则各物理量必成一比例，，，，……，把这些比数（相似常数）代入方程式后，方程式仍然成立，即：（5-2）从（5-2）式中可见，只要保持其连续性，连续方程对二流动体系的相似在各量的比数中就不提出限制条件。在纳维埃—斯托克司方程中，各项都乘一系数，如方程继续成立，这些

5、系数都应相等：（5-3）式（5-3）中各项除以则：（5-4）流体运动中7个主要变量L、t、υ、g、p、ρ、V在两相似体系中的比例常数不能随意指定，而必须遵从上述关系式，才能保持相似。现有7个变量，4个关系式，因此我们能自行决定或假设的比例数只有3个，其余只能从这些关系式求出。如果将(5-4)式改写为相似准数，则得：不考虑流体表面张力和弹性，按牛顿普遍相似律及因次分析方法，可得：谐时准则，斯特罗哈尔数（StrouhalNumber）重力相似准则，佛汝德数（FreudNumber）内摩擦力相似准则，雷诺数

6、（ReynoldsNumber）压力相似准则，欧拉数（EulerNumber）正常工况下，公路隧道内的通风工况可看作定常流动，则反映时间相似关系的斯特罗哈尔准则不起作用；对于沿隧道纵向的空气运动，重力影响远小于内摩擦力，表示重力相似关系的佛汝德准则可不予考虑，而反映压力相似关系的欧拉准则是相似运动的必然结果，只是一个非定型准则；故只有表示内摩擦力相似关系的雷诺准则是气流相似的唯一定型准则。因此，为了保持模型与原型的相似，两个流动体系之间必须满足以下关系式：（5-5）另外，由流体力学中可知，管中层流的流

7、速分布为抛物线形，即（5-6）式中V为距中心y处的流速，ro为管子半径，Vmax为管心最大流速。如几何相似，如几何相似，即（r0/y）p=（r0/y）m，则流速分布亦相似。其中下标“p”表示原型，“m”表示模型。管中紊流的流速分布，可用斯坦顿（T·E·Stanton）方程表示，即：（5-7）式中：V*——剪切流速，；Vmax－V——流速亏缺。上式说明，对紊流流态，如几何相似，即（r0/y）p=（r0/y）m，则流速分布亦相似。其中下标“p”表示原型，“m”表示模型，以下相同。雷诺准则是表示摩擦力相似关

8、系的一个定型准则，隧道中的气流一般属于充分发展的紊流，在壁面摩擦阻力中，由于粘性力远远小于紊动阻力，故仅须考虑紊动阻力的相似，隧道气流的紊动阻力可采用均匀流基本方程式描述，即：（5-8）式中：τ0——隧道壁面的平均切应力，N/m2；D——隧道断面的当量直径，m；J——流体的阻力坡降，－；由上式，则壁面的总摩擦阻力为：（5-9）式中：Ar——隧道壁面的总摩阻面积，m2；λ——隧道的摩阻系数，－；L——流段长度，m；S——隧道断面周长，m。若以“p”表示原型