顶部开口的城市浅埋公路隧道自然通风机理与效能研究

顶部开口的城市浅埋公路隧道自然通风是一项绿色节能技术，可完全依赖自然通风保障隧道内空气环境和排烟安全，节约大量运行成本。该技术已在国内城市建设中应用，但是尚未形成规律性的设计方法。本课题前期已进行了一维恒定流模型的气流与污染物分布理论研究、模型试验相似理论研究和火灾实体试验。在此基础上课题将采用数值模拟、模型试验与现场测试等手段，重点研究在正常行车工况、阻滞工况和火灾工况下，考虑开口率、开口几何形式、外界风向等因素，隧道内快速移动物体的流固耦合、动压与热压耦合下的数值计算方法，确定隧道内三维空间的气流参数分布、污染物扩散机理、污染物浓度分布以及隧道烟气扩散规律。建立不同运行模式下，自然通风隧道最不利控制点污染物浓度与开口率、车流量、外界街谷风力之间的数学模型。为城市浅埋隧道自然通风的设计提供理论支持。

顶部开口的城市浅埋公路隧道自然通风是一项绿色节能技术，可完全依赖自然通风保障隧道内空气环境和排烟安全，节约大量运行成本。该技术已在国内城市建设中应用，但是尚未形成规律性的设计方法。本课题建立了两套实验平台，分别为1:10公路隧道环形跑道实验平台和1:36机械传动公路隧道实验平台，结合大涡数值模拟和现场测试，重点研究在正常行车工况、阻滞工况和火灾工况下，隧道内气流流场分布、流场压力分布、污染物浓度分布以及隧道烟气扩散规律。主要结论有：1. 给出了适用于公路隧道湍流的亚滤波尺度模型修正。2. 提出了适用于连续移动物体流场模拟的循环MOFOR技术。3. 提出了公路隧道暗埋段流场结构分区。4. 阐明了公路隧道暗埋段流场发展与流速分布规律。5. 阐明了公路隧道流场的能量演化规律。6. 推导得出了阻滞工况相似准则。7. 推导得出了气体污染物排放相似准则。8. 阐明了公路隧道内气体污染物分布规律。9. 阐明了车辆运动时隧道火灾烟气输运行为。10. 阐明了车辆运动时隧道火灾烟气分层结构稳定性。11. 建立了公路隧道自然通风基础方程。12. 建立了公路隧道自然排烟基础方程。为城市浅埋隧道自然通风的设计提供理论支持。