摘要 近年来,伴随着城市公路隧道向长大方向发展和交通量的日益增加,公路 隧道内的热量大幅增加,直接影响隧道安全运营随着隧道运营时间的推移, 隧道围护结构蓄热(冷)能力的减弱,隧道内热环境将逐渐恶化针对这一问 题,本文对隧道内空气累积温升进行深入的研究,并提出在隧道内采用喷雾降 温 本课题依托崇明隧道的实际情况,结合上海市轨道交通研究院的设计方案 对隧道内得热量进行分析,并采用ANSYS模拟的方法来分析通风量!隧道发热 量!围护结构蓄热(冷)!隧道运营时间对隧道空气及衬砌温升影响 根据模拟结果,为保证隧道安全运营,对隧道必须采用降温措施,本文通 过对目前常用的降温方式进行分析比较,提出对隧道采用喷雾降温方式通过 介绍喷嘴的雾化机理和喷雾降温机理分析单个雾滴在隧道内运动状况,就不 同雾滴粒径!雾滴初速度!隧道内空气相对湿度对雾滴轨迹的影响,并用FLUENT 中DMP两相流模型模拟进行验证,判别喷雾降温在隧道中运用是切实可行的 关键词:崇明隧道累积温升喷雾降温数值模拟ABSTRACT ABSTRACT Reeently,withtheroadofcitytunnel15beeominglongerandthetraffie15 inereasing.Astheresult,thequantityofheatinereasesrapidlyintheroadtunnelofeity. ThisstraightlyaffeetstunneloPeration.Withthetunnelstrueturestorageenergyability deereasedyearafteryear,theairtemPeraturebeeomeshigherinthetunnel.Tothis question,thisstudyPaPer15todoairtemPeratureaceumulationandsPrayeoolingin Chonglningturinel. AceordingtotheactualofChongmingtunnelandthedesignProjeetofShanghai TunnelDesignhistitution,findthefactorswhichaffeetheatgain,adoPtANSYS softwareanalysisthefactorswhlehaffeetairtemPeratureaceumulation,suehasthe quantityofwind!heatgain!tunnelstrUeturestorageenergyability!tunneloPeration timeCtC. InoulertoassurethetunneloPeratesafely,ItmustbeadoPteoolingmeasureinthe tunnel.Basedonstudytheeorn们nonsusecoolingmeasureatPresent,advaneedadoPting sPrayeoolingmethod.Aeeordingtointrodueeatomizationmeehanismofnozzleand sPrayeoolingmeehanism,studythefactorswhiehaffeetthesingleliquidmovemeni traek,suehasliquiddiameter!liquidinitializationsPeedandairrelativehumidity,and useDPMmodelvalidateit,eonfirmthatsPrayeoolingaPPlieationinthetunnel15 feasible. KeyWords:ChongmingtunnelheataceumulationsPrayeooling nu们nericalsimulation目录 目录 第一章绪论........................................1 1.1课题的背景及意义........,.......................1 1.2当前地下行车空间温度状况..............................2 1.3隧道内降温的主要方法..................................4 1.4隧道累积温升国内外研究现状............................5 1.4.1地下建筑累积温升模型.....................................5 1.4.2地下空间热环境研究进展...................................6 1.4.3隧道蓄热和与空气换热处理方法.............................6 1.5喷雾降温的研究........................................7 1.5.1雾滴在空气中传热传质.....................................7 1.5.2喷雾降温的应用研究.......................................7 1.6本报告的主要工作......................................8 第二章崇明隧道累积温升数学模型...................9 2.1隧道内热空气热平衡因素分析............................9 2.2地层材料的热物理性能.................................15 2.3空气与隧道壁面传热现有理论...........................16 2.4隧道微元段空气能量平衡方程...........................18 2.4.1假设条件...............................................18 2.4.2空气能量平衡方程........................................18 2.5隧道围护结构导热方程.................................19 本章小结.................................................20 第三章崇明隧道累积温升数值模拟...................22 3.1有限元法在传热学中的应用.............................22 3.1.1有限元法和有限差分法................,.............22目录 3.1.2有限元方法在传热学中的应用..............................22 3.1.3ANSYS软件中流固祸合模型单元简介..........................24 3.2崇明隧道累积温升数值模拟.............................25 3.2.1边界条件................................................25 3.2.2隧道计算参数的选取......................................27 3.2.3隧道累积温升计算模型....................................28 3.3模拟结果及讨论.......................................28 3.3.1模拟工况................................................29 3.3.2一年内隧道温度逐时变化..................................29 3.3.3隧道内空气温度沿隧道长度方向上的变化....................30 3.3.4隧道空气与隧道围护结构累积温升..........................30 3.3.5隧道内发热量对隧道出口空气温度的影响....................31 3.3.6隧道通风量对累积温升的影响.............,..........31 3.3.7隧道夜间及冬天蓄冷对隧道出口空气影响....................32 3.3.8隧道不同进深一年内温度的逐时变化........................33 3.3.9不同进深下隧道空气与土壤不同年份累积温升................34 3.3.10隧道断面累积温升及影响半径.............................35 本章小结.................................................35 第四章喷雾降温方案...............................36 4.1雾滴雾化机理及喷嘴特性...............................36 4.1.1概述....................................................36 4.1.2液滴的雾化机理..........................................37 4.1.3雾化喷嘴的特性..........................................38 4.2雾化喷嘴.............................................39 4.2.1目前喷嘴的形式及特点....................................39 4.2.2常用雾化喷嘴............................................41 4.3压力式雾化喷嘴雾化特性的主要影响因素.................42 4.3.1雾化角..................................................42目录 4.3.2喷嘴流量................................................43 4.3.3喷雾背压................................................44 4.3.4喷嘴孔径................................................45 4.4雾滴的受力分析.......................................45 4.4.1阻力....................................................46 4.4.2视质量力................................................47 4.4.3流体的不均匀力..........................................47 4.4.4热泳力..................................,.........48 4.5雾滴的运行轨迹.......................................48 4.5.1雾滴初速度的衰减........................................48 4.5.2雾滴的终端速度..........................................51 4.5.3雾滴的蒸发..............................................51 4.5.4雾滴在隧道中下降高度......................,.......52 4.5.5雾滴在隧道中粒径选择........................,......54 本章小结............................................,.,56 第五章喷雾降温数值模拟.............,.......57 5.1两相流模型...........................................57 5.1.1两相流模型研究进展,.....................,...57 5.1.2描述流体运动的方法......................................58 5.1.3当前两相流模型特点......................................58 5.1.4两相流模拟的一般过程.................................,二60 5.2喷雾降温数值模拟基本守恒方程.........................60 5.2.1连续相方程,.............................................60 5.2.2离散相控制方程..........................................61 5.3崇明隧道喷雾降温模型.................................62 5.3.1隧道空气处理过程分析....................................62 5.3.2隧道喷雾量的计算...........................,......63 5.3.3物理模型................................................64目录 5.4模拟计算结果及分析...................................66 5.4.1雾滴粒径对雾滴寿命的影响,...............................66 5.4.2空气相对湿度对雾滴蒸发寿命的影响........................66 5.4.3雾滴在整个隧道断面蒸发速率..............................67 5.4.4雾滴在隧道中运行轨迹....................................68 5.4.5隧道内喷雾降温效果......................................69 本章小结.................................................71 第六章结论与展望.................................72 6.1主要的研究结论.......................................72 6.2进一步的研究建议.....................................73 致谢..............................................74