拉日线铁路隧道运营通风研究

论文摘要

青藏高原雄踞亚洲大陆中部,海拔高,气压低,含氧量低,风速大。随着青藏地区的开发,青藏铁路的建设也在快速开展着,然而,特殊的高原气候对于内燃机牵引的铁路隧道运营通风提出了新的问题。本文以新建铁路拉萨至日喀则线的铁路隧道群为研究对象,对高原区内燃牵引的铁路隧道通风进行了相关问题的研究。结合高原地区低压低氧的环境,本文对高原铁路运营隧道内有害气体浓度的控制标准进行了探讨。本文运用一维非恒定流理论对众多隧道的主要通风方案进行数值模拟,得到隧道内气流速度和污染物浓度的时空分布,在此基础上对高原隧道利用自然风的通风方案,利用辅助坑道的分段式通风方案进行可行性分析,并比较现行通风规范,阐明各通风方案的可行性、适用性及优化建议。拉日线隧道群中的长大隧道欲利用辅助坑道进行送排式通风。长大隧道采用送排式通风方式时,送排风的局部效应是影响整个隧道通风性能和效果的重要因素。因此,本文利用商业数值模拟软件(CFD),建立了竖井(斜井)送排式通风的三维物理数学模型,分别模拟计算了不同短道长度,不同排风量和不同送、排风道与隧道轴线夹角的情况下隧道内流场的速度场和压力场分布。通过对模拟结果的分析,分析了以上三个因素对隧道内流场的影响,并建议了相关参数的优化取值范围。此外,本文还针对相邻两隧道洞口间污染物的交叉污染问题进行了研究,利用CFD数值模拟软件建立了两隧道间的三维物理数学模型,分别模拟计算了在有、无侧向自然风影响下两隧道洞口间污染污的分布情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究情况
• 1.2.2 国内研究情况
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 隧道通风基本理论与数学模型
• 2.1 一维隧道通风基本理论与数学模型
• 2.1.1 一维隧道通风数学模型
• 2.1.2 一维隧道通风数学模型的数值计算方法
• 2.2 三维隧道通风基本理论与数学模型
• 2.2.1 三维隧道通风数学模型
• 2.2.2 三维隧道通风数学模型的数值计算方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 拉日线隧道运营通风污染物浓度控制标准及方式研究
• 3.1 铁路隧道运营通风卫生标准探讨
• 3.1.1 青藏高原区气候影响
• 3.1.2 隧道内污染物浓度比较
• 3.2 铁路隧道运营通风方式研究
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 计算结果及分析
• 第4章 单竖井（斜井）送排式通风数值模拟
• 4.1 铁路隧道纵向通风方式
• 4.2 计算模型的建立
• 4.2.1 数值计算方法
• 4.2.2 斜井送排式通风的几何模型
• 4.2.3 网格划分
• 4.2.4 边界条件
• 4.3 单斜井送排式通风模拟结果及分析
• 4.3.1 不同短道长度的模拟结果及分析
• 4.3.2 不同排风量的模拟结果及分析
• 4.3.3 改变送排风道与隧道轴线夹角的模拟结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 隧道间污染物影响模拟
• 5.1 射流理论
• 5.1.1 自由紊动射流
• 5.1.2 三维紊动射流
• 5.2 计算模型的建立
• 5.2.1 几何模型
• 5.2.2 网格划分
• 5.2.3 边界条件
• 5.3 算法的验证
• 5.4 计算结果与分析
• 5.4.1 隧道间无自然风时两隧道之间的交叉污染
• 5.4.2 隧道间有侧向自然风时两隧道之间的交叉污染
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文及参加的科研项目