A NUMERICAL STUDY OF THE TRAIN-INDUCED UNSTEADY AIRFLOW IN A SUBWAY TUNNEL WITH NATURAL VENTILATION DUCTS USING THE DYNAMIC LAYERING METHOD

The objective of this study is to investigate numerically the characteristics of train-induced unsteady airflow in a subway tunnel with natural ventilation ducts. A three-dimensional numerical model using the dynamic layering method for the moving boundary of a train is first developed, and then it is validated against the model tunnel experimental data. With the tunnel and subway train geometries in the numerical model exactly the same as those in the model tunnel experimental test, but with the ventilation ducts being connected to the tunnel ceiling and a barrier placed at the tunnel outlet, the three-dimensional train-induced unsteady tunnel flows are numerically simulated. The computed distributions of the pressure and the air velocity in the tunnel as well as the time series of the mass flow rate at the ventilation ducts reveal the impact of the train motion on the exhaust and suction of the air through ventilation ducts and the effects of a barrier placed at the tunnel outlet on the duct ventilation performance. As the train approaches a ventilation duct, the air is pushed out of the tunnel through the duct. As the train passes the ventilation duct, the exhaust flow in the duct is changed rapidly to the suction flow. After the train passes the duct, the suction mass flow rate at the duct decreases with time since the air pressure at the opening of the duct is gradually recovered with time. A drastic change in the mass flow rate at a ventilation duct while a train passes the corresponding ventilation duct , causes a change in the exhaust mass flow rate at other ventilation ducts. Also, when a barrier is placed at the tunnel outlet, the air volume discharge rate at each ventilation duct is greatly increased, i.e., the barrier placed at the tunnel outlet can improve remarkably the ventilation performance through each duct.     

多洞联合泄洪通风补气系统运行特性

结合水-气分层流理论,构建了如美泄洪洞与溢洪洞联合泄洪通风补气系统理论计算模型,研究了如美多条泄洪隧洞的通风补气特性,绘制并总结了如美各条泄洪隧洞的负压、补气竖井风速及通风量随泄洪洞洞顶余幅高度及其补气竖井截面尺寸的变化规律。结果表明：泄洪洞负压出现极小值和极大值并存的3分区,而溢洪洞负压无明显变化;泄洪洞补气竖井风速和通风量出现极大值,溢洪洞补气竖井通风量反之出现极小值。综合考虑各条隧洞通气参数的变化,可为联合泄洪系统中泄洪洞及其补气竖井尺寸的选择提供参考依据。     

NUMERICAL SIMULATION ON EMERGENCY TUNNEL FIRES WITH TRANSVERSE VENTILATION

ＮＯＭＥＮＣＬＡＴＵＲＥＣｓ：ＳｍａｇｏｒｉｎｓｋｙｃｏｎｓｔａｎｔＣｖ，Ｃｐ：Ｓｐｅｃｉｆｉｃｈｅａｔａｔｃｏｎｓｔａｎｔｖｏｌｕｍｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，（Ｊ／ｋｇＫ）ｇ：Ｇｒａｖｉｔｙａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒ，（ｍ／ｓ２）ｈｗ：Ｏｖｅｒａｌｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｔｕｎｎｅｌｗａｌｌ，（Ｗ／ｍ２Ｋ）Ｐ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ，（Ｐａ）Ｐ０：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｂｖｏｌｕｔｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，（Ｐａ）ｐ：Ｍｏｔｉｖｅｐｒｅ…     

不同水位条件下地铁行车荷载对越江隧道管片的影响

长江流域在旱季与洪季间水位相差十余米,对江底隧道的影响尤为重大,因此对越江地铁隧道在水位变化下的稳定性研究迫在眉睫。以离散元为工具,借助室内三轴试验标定参数建模,基于二维地铁行车荷载加载模式,选择隧道管片内的颗粒振动加速度、径向应力、环向应力等参数作为研究内容,分析对比常年水位与洪水位下隧道管片的动力响应。研究表明,洪水水位时的管片拉应力和压应力较常年水位条件下大4倍,但未超过管片的抗拉强度;常年水位条件下管片受地铁行车荷载的振动影响较大,其颗粒振动加速度平均值较洪水水位条件下大150倍。因此,在旱季或洪季地铁运行时,均需要加强管片的检测和维护。     

梨园水电站通风空调、防排烟及事故通风系统设计

介绍梨园水电站的通风空调、防排烟及事故通风系统的设计,包括室内外空气参数计算、负荷计算、系统划分、具体方案选择,设计时在借鉴以往一些大型电站设计成功经验的基础上进行了大量优化改进措施,例如利用大量的结构风道作为大型送排风道、为减少散湿在下游副厂房处于正常尾水位的房间设置防潮夹层、合理进行气流组织将尾水管进入廊道低温高湿的空气排至中间层、中控楼利用全热交换器对排风进行能量回收等等。     

南水北调西线工程长隧洞施工方法研究

南水北调西线工程隧洞具有海拔高、洞径大、单洞长、埋深厚的特点 ,隧洞施工技术对西线工程的实施具有决定性作用 .结合西线工程隧洞的特点和工程区的地质条件 ,对西线工程隧洞的施工方法进行初步研究 .分析认为 ,西线工程隧洞的开挖应采用全断面掘进机施工方法 ,辅助坑道要根据地形情况和掘进机的性能布置 ,隧洞出碴采用带式输送机运输方式 ,隧洞通风采用混合式通风方式     

高瓦斯隧道施工通风方案设计及瓦斯运移规律研究

通风是防治隧道瓦斯浓度超限及爆炸事故的关键措施。以石黔高速公路七曜山隧道为背景,阐述双洞高瓦斯隧道射流巷道式通风方案的设计方法,基于ＦＬＵＥＮＴ软件研究隧道内部风速与瓦斯浓度的分布规律。研究结果表明:内燃机械尾气为七曜山隧道需风量的主控因素,排风洞风筒在横通道弯折处的阻力达到总阻力的21．7％,应注意保持风筒圆顺度;同一断面不同位置风速各不相同,远离风筒的拱顶与拱壁相交处、横通道与正洞连接处等位置积聚;隧道纵向瓦斯浓度在风筒出口附近呈两端高、中间低的分布特征,建议施工人员尽量在风筒出口的后方附近驻足。     

大万山岛海水抽水蓄能电站地下厂房自然通风模拟研究

针对目前抽水蓄能电站地下厂房自然通风规律尚不明确的问题,在考虑电站运行工况周期变化特点及室外风压的基础上,优化了现有的自然通风网络模型,使其可用于计算抽水蓄能电站地下厂房的自然通风情况。并且,利用优化后的模型,模拟计算了大万山岛海水抽水蓄能电站全年的自然通风情况。结果表明:热压是影响自然通风动力的最主要因素。整体上,自然通风量在冬季大于夏季;单日内,自然通风量受电站运行工况变化的影响。在发电和蓄能工况时,自然通风量较大,在卸载工况时,自然通风量较小。交通洞末端空气温度不受电站运行工况和自然通风量变化的影响,在单日内的变化幅度小于2℃,而在同季节的不同日之间的差异可达8.6℃。在过渡季的部分时段和整个夏季,交通洞末端空气温度高于规定的室内环境温度上限值,因此应开启空调制冷设备。通过优化后的模型与具体案例的分析,为其他类似工程的自然通风系统的设计及运行调控提供参考。     

通气对水平旋流内消能泄洪洞水力特性的影响

 通过模型试验,研究了水平旋流条件下通气对水力特性的影响,结果表明,通气对流态、泄流量、壁面压强和空腔内的气体压强均有较显著的影响。通气时,环流空腔的直径增大,流动稳定;随通气孔直径的增大,泄流量和通风量均先增大然后减小,具有最大值,且环流空腔内的负压值迅速减小并趋于零;不通气或通气孔的直径较小时,负压值较大,壁面压强也较大,这与通常的认识不同;随下游水位的升高,在下游洞口临近淹没时,通气量达到最大。     

高原地区水电站引水隧洞施工通风设计

对西藏羊湖抽水蓄能电站二厂引水隧洞施工通风量进行了计算、分析及介绍了施工通风布置,得出了高原地区水电站引水隧洞施工通风的一些共性特点。     

EXPERIMENTAL RESEARCH ON A SUPERCAVITATING SLENDER BODY OF REVOLUTION WITH VENTILATION

The behavior of supercavitating and cavitating flow around a conical body of revolution with and without ventilation at several angles of attack was studied experimentally. The hydrodynamical forces for a range of cavitation number were measured. Comparisons of the appearance and the hydrodynamical forces in condition of cavity with and without ventilation were made over the same range of the cavitation number, and a well agreement was obtained. The changes of the drag were especially studied. The experimental results showed that the drag of the model decreased with the presence of supercavity under the ventilation condition.     

引汉济渭椒溪河隧洞施工通风数值模拟研究

引汉济渭工程是陕西省为缓解关中渭河沿线城市和工业缺水问题,而提出的由汉江调水到渭河流域的大型水利工程。椒溪河段工程为穿河段,地形地质相对复杂,隧洞施工期的通风问题也相对比较严重。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法对带有支洞隧洞的通风过程进行模拟,研究几种典型工况下隧洞内的流场和浓度场在施工期时随时间的变化规律,分析掌子面以及支洞内涡流对气流及有害气体分布的影响。在气流排散通道不顺畅时,掌子面附近的涡流区域内涡流的大小和位置呈现周期性的变化,并随通风时间的增加影响范围逐渐降低。隧道爆破产生的有害气体和烟尘会随着气流的流动发生移动和扩散过程,并逐渐排向洞外。通过对隧洞主洞与支洞内气流和有害气体排散过程的研究,得出隧洞爆破后在通风作用下隧洞的掌子面附近和支洞与主洞的交叉位置处形成涡流区,涡流的产生和变化不断的消耗通风的机械能,降低通风效率,对有害气体的排散造成一定的阻滞作用,隧洞内有害气体的排散过程包括移动和扩散两方面,移动过程将CO排向洞外,扩散过程不断的降低洞内CO峰值,总结出了不同工况下隧洞内达到安全浓度的时间,对隧洞施工进度给出一定的参考意见。     

长隧道独头掘进压入式施工通风数值模拟

在长隧道施工中,通风问题往往成为影响其爆破周期的重要因素。基于计算流体力学理论,对压入式通风气流运动采用三维紊态RNGk-ε湍流模型进行三维数值模拟。通过对某公路隧道模型的计算分析,得到了施工期隧道内流场和浓度场随时间在洞内的分布变化规律。研究表明,爆破后的有害气团在隧道内的运动可总结为＂移动＂和＂扩散＂的过程,移动的结果使有害气团从爆破掌子面向洞口排出,扩散的结果使有害气团在移动的过程中逐渐扩大范围并稀释。另外,根据CO的进入浓度和允许浓度对工作人员的进洞时间进行了研究。     

乌东德左岸地下电站引水隧洞施工通风散烟关键技术分析

对乌东德左岸地下电站引水隧洞施工通风散烟关键技术进行了分析。为保证引水隧洞通风散烟顺利进行,通过计算通风量,科学选择通风设备,以确定通风散烟方案。隧洞投入使用后,经检测洞内粉尘浓度的数据满足设计方案的要求。     

山西中部引黄工程TBM长距离独头掘进通风研究

结合山西中部引黄工程的线路及施工特点,在穿越黑茶山自然保护区时决定采用TBM施工,但由于工程实际情况取消了通风支洞后,TBM1标独头掘进距离长达26 km,其通风问题成为了制约工程安全、进度及经济效益的重要因素。在利用现有支洞及通风设备的条件下,采用压入式、吸出式、串联式和巷道式的复合通风方式,分3阶段进行通风系统的布置与运行,需风量及风压的校核计算表明此方案可以满足本工程的通风需求。此外,创新性地引入了无损接力风机连接片,以减少接力风机处的漏风量,为实现长距离通风提供更为有利的保障。     

敞开式TBM隧洞通风系统布置及除尘效果研究

为了研究敞开式TBM施工通风布置方案并提高通风除尘效果,以引汉济渭秦岭输水隧洞TBM工程为依托,利用数值计算软件FLUENT对不同送风风速,不同送风管位置下的洞内除尘效果进行了计算研究,并将模拟计算与现场实测结果对比,优化了施工通风系统布置。研究结果表明:粉尘质量浓度从拱架作业区至主控室逐渐增大,随着到掌子面的距离增加,粉尘浓度降低;送风风速越大,洞内粉尘危险浓度区域越广,敞开式TBM内人员集中作业区的粉尘质量浓度越小;送风管距掌子面越远,人员集中作业区粉尘浓度越高,送风管布置在距掌子面15 m时,作业区粉尘浓度最低。优化方案将送风风管和除尘风管分别布置在距掌子面15 m和25 m,送风风速和除尘风速为40 m/s和15 m/s时,作业区粉尘质量浓度可控制在2 mg/m~3规范限值以下。     

小断面长距离水工隧洞施工通风的设计与布置

针对小断面长距离的马桑林隧洞的通风排烟问题,通过理论计算,并在施工前期安排重要条件与之类似的石岗山支洞作为生产性试验洞段,最终得出切合实际的设计方案用于施工,效果良好。     

有限条件下的压入式通风极限 通风距离分析

面临“多通道，多界面，多工序”，且1#引水洞必须首先贯通等复杂局面，锦屏引水洞施工通风不得不各自形成独立的施工场面，独头通风必须最大限度地发挥作用。为此，通过理论研究并结合现场通风测试，探讨了在目前能代表国内通风最好硬件下压入式通风的极限通风距离。研究结果不但确定了极限通风距离的最小风速和压入式通风的合适极限控制距离，而且还给出了在支洞受限条件下可以实现的通风距离且其计算结果与风机的现场实际布置十分吻合。     

地铁车站改造降水对毗邻轨道交通的影响研究

为了将地铁星港街站与商业空间连接,须将星港街站进行改造,车站改造施工降水势必对临近地铁车站与隧道结构产生影响。基于ABAQUS软件与理论方法渗流算例计算结果的对比分析,验证了ABAQUS软件渗流计算的可靠性。考虑车站改造降水土中水渗流与应力的耦合作用,采用ABAQUS软件计算分析车站改造降水对毗邻地铁车站与隧道结构产生的变形与附加应力。结果表明:(1)车站结构底板产生的最大隆起变形为3.97 mm,最大不均匀沉降为3.01 mm,沉降变形曲率系数为1/21 096;隧道产生的最大隆起变形为0.92 mm,最大不均匀沉降为0.39 mm,沉降变形曲率系数为1/125 000。均在地铁车站结构、隧道结构变形控制范围之内。(2)车站改造降水引起车站、隧道结构的附加应力分别为519 kPa、209 kPa,不会对结构安全造成影响。研究成果为车站改造方案的优化与毗邻轨道交通安全运营影响的预测提供良好的理论依据。     

THE WALL EFFECT ON VENTILATED CAVITATING FLOWS IN CLOSED CAVITATION TUNNELS

For ventilated cavitating flows in a closed water tunnel, the wall effect may exert an important influence on cavity shape and hydrodynamics, An isotropic mixture multiphase model was established to study the wall effect based on the RANS equations, coupled with a natural cavitation model and the RNG k-ε turbulent model. The governing equations were discretized using the finite volume method and solved by the Gauss-Seidel linear equation solver on the basis of a segregation algorithm. The algebraic multigrid approach was carried through to accelerate the convergence of solution. The steady ventilated cavitating flows in water tunnels of different diameter were simulated for a conceptual underwater vehicle model which had a disk cavitator. It is found that the choked cavitation number derived is close to the approximate solution of natural cavitating flow for a 3-D disk. The critical ventilation rate falls with decreasing diameter of the water tunnel. However, the cavity size and drag coeflicient are rising with the decrease in tunnel diameter for the same ventilation rate, and the cavity size will be much different in water tunnels of different diameter even for the same ventilated cavitation number.