公路隧道通风系统“沿程压力损失系数”取值研究-论文.pdf

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1、2014年第1期广东公路勘察设计总第153期公路隧道通风系统“沿程压力损失系数"取值研究温玉辉(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广州510507)摘要：对公路隧道通风系统中的沿程压力损失系数取值进行了理论分析和计算模拟。研究结果表明，尼古拉兹经验计算式适用于联络风道和竖井的沿程压力损失系数计算且可满足工程精度要求，但并不适用于运营工况下隧道正洞的沿程压力损失系数计算。在充分考虑高速公路隧道洞内附属设施的情况下，对两车道、三车道以及四车道公路隧道的“等效通风沿程压力损失系数”进行模拟，得出了对应隧道“等效通风沿程压力损失系数”的最小值。在此基础上，考虑隧道内行驶车辆的体

2、积对隧道通风的影响，求出了隧道“等效通风沿程压力损失系数”的最大值。相关研究结论可供公路隧道通风设计计算参考。关键词：隧道工程；沿程压力损失系数；理论分析；数值计算l概述(2)处于运营状态下的隧道，不可忽视交通量“沿程压力损失系数”是公路隧道通风设计中的影响。各种运营车辆均有一定的体积，当车辆最基本、同时也是最关键的设计参数之一。长期通过运营隧道时，车辆所在的隧道断面过风面积以来，隧道通风设计一直借鉴水利工程和空调管被压缩，根据质量守恒定律，该断面处的风速将变道工程的研究成果，在一定程度上满足了一般隧大，因而可知该处的风阻也较一般正常断面的风道通风工程的精度需要。但是随着公

3、路建设的发阻大。对于大交通量的运营隧道而言，这种由于展和公路交通安全的需要，公路隧道特别是高速车辆体积局部阻塞而造成的压力损失是非常可观公路隧道洞内安全辅助设施和通风设施越来越的。多，使其隧道通风具有自身显著的特点：综上论述可知，处于运营状态下的隧道，其断(1)隧道洞身严格意义上并不是一个均匀的面并不是沿程均匀不变的。同时考虑车辆在隧道管道。特别是高速公路特长隧道，洞身的交通工行驶的速度不同、车辆体积不同，进而实际隧道内程设施(含各类消防洞室、紧急电话洞室、相关指的风流速度也不是沿程均匀不变的。所以从严格示牌、电缆桥架等)非常完备，同时隧道拱顶设置意义上讲，处于运营状态下的

4、隧道并不存在“沿程一定数量的射流风机。典型的运营隧道断面见图均匀不变的压力损失”，其通风压力损失是由各个1。这些附属设施无形中都提高了隧道通风的阻局部压力损失组成的。所以对处于运营状态下的力。公路隧道，严格意义上的“沿程压力损失系数(即壁面摩阻损失系数)”是不存在的。这一点与水工隧洞或自来水管道等工程是有本质区别的，水工：隧洞或自来水管道断面沿程不变，管道内没有其他固体介质影响，则“沿程压力损失系数”适用其流体压力计算。根据以上分析，运营状态下的公路隧道通风：霞囤压力损失是随交通量的变化而变化的，即与在洞内行驶的车辆数和体积有关，宏观上两者是成正＼虫盘盥电壅塑、堕塑比的。这

5、样如果严格按洞内附属设施影响、运营图1典型隧道断面车辆影响分别计算其压力损失的话，则对隧道通·22·2014年第1期温玉辉公路隧道通风系统“沿程压力损失系数”取值研究总第153期风计算来说将是非常复杂且庞大的工作。对特长公路隧道来说，几乎是不可能完成的任务。因此有必要对其进行简化分析，故引人“等效沿程压力损失系数”的概念，做如下必要的假定：①按交通工程设计，其各类洞室是大致按相同距离分图2排、送风联络风道模型图布的，同时射流风机的间距也是固定的。这样就可视附属设施的影响沿全隧道是大致均匀分布的。②运营状态下隧道内交通量是均匀分布的。这样就可以根据不同的设计速度(隧道内运营车

6、速)下，计算出隧道内的车辆数，进而考虑车辆的图3排、送风竖井模型图体积阻塞对隧道运营通风的影响。据此可直观推出，运营隧道的“等效沿程阻力损失系数”是一2．1几何参数个变值，其数值主要随洞内行驶车辆数量的变化计算模型长度L：200m；而变化。排风联络风道面积A：28．47m；而对于联络风道、竖井送、排风道等，由于不排风联络风道断面当量直径D：5．6055m：存在附属交通工程设施及运营车辆的影响，故严送风联络风道面积：16．085m；格意义上的沿程压力损失系数也是适用的。但送风联络风道断面当量直径D：3．911m。随着施工技术的提高，这些风道的壁面粗糙度不2．2计算参数断降低，

7、其沿程风阻损失系数应该也是在降低空气密度：1．2047kg／m；的。故有必要结合具体工程对其进行重新计算空气动力粘滞系数：1．817×10～Pa·s；验证。上游风道人口风速：2m／s、4m／s、6m／s、8rn／s、本文通过采用国际上通用的大型计算流体10m／s、12m／s、14m／s、16m／s以及18m／s共9种工力学(CFD)软件，结合广州至梧州高速公路隧道况：断面(单洞两车道)及其相关联络风道、竖井工程联络风道壁面绝对粗糙度A：0．001m、0．002m以及博罗至深圳高速公路隧道断面(单洞三车以及0．003