[发明专利]曲线隧道通风沿程阻力的确定方法

摘要

曲线隧道通风沿程阻力的确定方法，包括步骤：1)分析直线隧道沿程阻力hf的确定方法；2)用计算流体力学CFD方法和大型流体力学软件FLUENT，建立计算隧道沿程阻力数学模型、曲线隧道半径从150-10000m和直线隧道的几何模型和隧道空间内气体流动的物理模型；3)由模型确定两种极限粗糙度阻力系数λf；4)确定曲线隧道空气流动稳定距离段内阻力和阻力系数；5)对半径小于2000m时，曲线与直线隧道沿程阻力系数的比值进行非线形拟合，得出；λ(R)＝1.8235λ直线R-0。078 ；6)由λ(R)确定出曲线隧道沿程阻力hf(R)。本发明获得准确的曲线隧道沿程阻力系数，该系数也充分反映了隧道线形结构及隧道壁面粗糙的影响，不仅填补了曲线隧道通风沿程阻力研究的空白，且为曲线隧道通风沿程阻力的设计提供科学依据，具有重要工程意义，保障了曲线隧道营运安全和节能。

主权项

曲线隧道通风沿程阻力的确定方法，其特征是该方法包括如下步骤：1)分析直线隧道沿程阻力hf的确定方法为： h f = λ · l d · v 2 2 g - - - ( A ) 上式中：l为隧道长度m；d为隧道断面当量直径m；v为隧道内断面平均速度m/s；g为重力加速度m/s2；λ为隧道沿程阻力系数；2)采用计算流体力学CFD方法，利用大型流体力学软件FLUENT，建立如下模型：①计算曲线隧道沿程阻力的数学模型，应用了连续性方程、动量方程和k-ε湍流模型；②建立不同半径曲线隧道和直线隧道的几何模型：建立的曲线半径R选为150m、300m、400m、600m、1000m、1200m、2000m、5000m和10000m的曲线隧道几何模型，模型的长度为1800m；③建立不同半径曲线隧道空间内气体流动的物理模型，建立该物理模型时在隧道各处取的边界条件如下：隧道入口为速度边界条件，隧道出口为压力边界条件，隧道壁面和地面为静止的壁面边界条件，壁面粗糙度Δ根据设计施工要求选择相应的粗糙度；3)依据上述模型和方法，分别按隧道壁面两种极限粗糙度Δ＝0.8mm和Δ＝8mm对不同半径曲线隧道沿程阻力系数λ、λ/λ直线进行三维数值模拟计算；4)根据上述计算结果，确定曲线隧道空气流动稳定距离段ΔL内的沿程阻力hf和对应的沿程阻力系数λf，步骤如下：①在以上各个曲线隧道模型和直线隧道中分别选取距入口断面L1＝600m和L2＝1200m的两断面S1、S2，分别确定出两断面的平均空气压力P1、P2，两断面空气压差P2-P1即为两断面间的沿程阻力hf；②根据上述确定的沿程阻力hf和上述沿程阻力hf的确定公式(A)，便可确定出对应的不同半径曲线隧道内沿程阻力系数λf和直线隧道沿程阻力系数λ直线，并获得稳定距离段ΔL段内曲线与直线隧道沿程阻力系数的比值λ/λ直线；5)由获得的上述稳定距离段ΔL段内的曲线与直线隧道沿程阻力系数的比值λ/λ直线得出：①曲线隧道半径R大于2000m时，沿程阻力系数曲线与直线隧道相差较小；②当曲线隧道半径R小于2000m时，曲线比直线隧道沿程阻力系数随半径的减小迅速增大，通过对半径小于2000m时，曲线与直线隧道沿程阻力系数的比值进行非线形拟合，得出；λ/λ直线(R)＝1.8235R-0.078λ(R)＝1.8235λ直线R-0.078    (B)6)将公式(B)函数再代入公式(A)，便确定出不同半径曲线隧道沿程阻力hf(R)。