272射流风机安装高度对污染物扩散的影响

1、射流风机机安装高高度对污污染物扩扩散的影影响铁道第三三勘察设设计院集集团有限限公司 高辉西南交通通大学 陈寿寿根 敬成君君中铁二二局 杨杨家松摘要：本本文应用用国际通通用计算算流体力力学软件件fluuentt模拟分分析了锦锦屏水电电交通辅辅助洞BB线最远远端横通通道处射射流风机机安装高高度对污污染物（cco）扩扩散的影影响，通通过计算算污染物物浓度和和气流速速度的分分布，发发现污染染物浓度度和风速速在风机机出口前前约2550m处处趋于稳稳定；当当射流风风机安装装位置较较高时，污染物主要集中在隧道的上部，且空气以相对较高的速度同样在隧道上部流动，随着风机安装位置的增高隧道内工作区的空气质量将有明

2、显的改善。关键词：射流风风机 污污染物 通风 数值模模拟1.引言言 隧道中中的风机机射流是是一种有有限空间间的紊动动射流，与与通常的的自由射射流有极极大的不不同，同同时它还还具有多多股平行行并列，多多组纵向向串联，以以通风气气流为伴伴随流动动等特点点，是一一种特殊殊而复杂杂的射流流形式1。射流以以初始速速度Vjj进入通通风速度度为Vrr的隧道道空间，在在风机出出口处，射射流与隧隧道气流流之间形形成切向向间断而而产生旋旋涡，使使射流微微团产生生横向脉脉动而与与隧道气气流进行行动量交交换、质质量交换换23。这种种“卷吸”作用，使使射流范范围扩展展、流量量增加、速度减减小、压压力上升升，形成成射流发

3、发展过程程。与此此同时，伴伴随流动动范围逐逐渐减小小，压力力同步上上升，整整个隧道道气流沿沿着纵向向呈现一一种渐变变的、非非均匀的的逆压流流动，直直至射流流发展完完成，伴伴随流消消失，断断面开始始形成均均匀流速速度分布布45，污染染物在气气流中的的扩散也也受到整整个射流流过程的的影响。国内外现现状国外应用用网络模模型对于于地下矿矿井、隧隧道等研研究较多多68。地下矿矿井、隧隧道洞室室群的通通风研究究主要是是利用网网络(NNetwworkk/toonall)通风风模型进进行数值值模拟，通通常采用用的是斯斯考德一一恒雷斯斯法(SSoottt-HHonssle)、牛顿顿法(NNewtton)、节点点

4、压力法法，目前前常用的的是斯考考德一恒恒雷斯法法，其实实质是在在满足风风量平衡衡定律的的情况下下，预先先假定各各分支风风量，根根据风压压平衡定定律和阻阻力定律律列出平平衡方程程，最后后用泰勒勒级数展展开对风风量值作作多次修修正，得得到最终终结果。这种方方法用于于分析多多个横通通道开启启的情况况下隧道道内的气气流组织织。 在在国内，杨杨立新9研研究了在在隧道施施工射流流通风中中，如果果有多个个横通道道开启的的情况下下射流风风机对风风流的控控制。在在文献10中他研研究了射射流风机机和局部部风扇的的摆放位位置对风风量的影影响，计计算得出出：当局局部风扇扇和横通通道的间间距保持持不变时时，局部部风扇使

5、使进洞风风量的增增加幅度度，随横横通道至至洞口距距离的减减小而逐逐渐增大大。但通通常情况况下，这这种增加加还不足足以使进进洞风量量等于射射流风机机引射风风量与局局部风扇扇风量之之和。射射流风机机放在局局部风扇扇前后进进洞风量量的增幅幅差值不不大，且且随横通通道至洞洞口距离离的减小小而逐渐渐减少。实例计算算3.1工工程概况况锦屏水电电交通洞洞是锦屏屏一级、二级水水电站前前期工程程的关键键施工项项目，由由A、BB两单车车道隧道道组成，水水平中心心距约335m。具体参参数见表表1。表1隧道道主要断断面尺寸寸断面面积（mm2）周长（mm）水力直径径（m）B线一般断面面33.887922.00096.1

6、557大断面62.553130.00438.3225横通道24.666918.88955.2222图1 锦屏辅辅助洞最最远端横横通道处处施工通通风简图图3.2数数值计算算应用国际际通用计计算流体体力学软软件flluennt对锦锦屏辅助助洞最远远端横通通道处射射流风机机不同的的布置方方式进行行模拟计计算，分分别对风风机处于于1m、2m、3m、4m高高度（水水平位置置为图11）的44种情况况进行计计算。边界条件件设置：入口1：速度22.5mm/s；co浓浓度255ppmm；入口2：速度00.5mm/s；co浓浓度5pppm；出口： 压力边边界条件件；风机为fflueent中中的风机机边界条条件，风

7、风机型号号：QSSF-112500。3.3 计算结结果及分分析在风机出出口前2250mm处coo浓度基基本上趋趋于稳定定，图22为4种种风机安安装高度度情况下下的coo浓度分分布图。从图中中可以看看出，当当风机安安装位置置较低时时co主主要集中中在隧道道的下部部，反则则co主主要集中中在隧道道的上部部。当cco浓度度趋于稳稳定后并并没有发发生纵向向扩散是是由于隧隧道内的的空气主主要是沿沿横向流流动，纵纵向方向向的速度度很小，而而这时的的紊流扩扩散起主主要作用用（相对对于分子子扩散）。这种高高浓度处处于上部部的分布布方式是是施工中中所需要要的，因因此将射射流风机机安装在在尽量高高的地方方是较合合

8、理的。图3是隧隧道中心心线上的的co浓浓度分布布图，横横坐标为为隧道的的长度，纵纵坐标为为co的的体积比比浓度。图中00m处浓浓度出现现突变是是由于在在该位置置从横通通道流入入了coo浓度较较低空气气，使得得隧道内内的coo浓度变变低，约约为8pppm。（a）安安装高度度为1mm （bb）安装装高度为为2m （cc）安装装高度为为3m （d）安安装高度度为4mm图2 风风机出口口2500m处cco浓度度分布图图，（aa）、（bb）、（cc）、（dd）分别别为不同同的安装装高度（a）风风机安装装高度为为1m （bb）风机机安装高高度为22m（c）风风机安装装高度为为3m （dd）风机机安装高高度

9、为44m图3 隧隧道中心心线上cco浓度度分布图图 图4为为隧道内内风速趋趋于稳定定后的速速度标量量图，该该位置处处于风机机出口前前约2550m。从图中中可以看看出速度度的分布布和coo浓度的的分布较较类似，当当风机安安装位置置较低时时相对较较高的速速度分布布于隧道道的下部部，反则则分布于于隧道的的上部。隧道内内的主要要风速范范围为11.7mm/s2.66m/ss。（a）安安装高度度为1mm （bb）安装装高度为为2m （c）安安装高度度为3mm （dd）安装装高度为为4m图4 风风机出口口2500m处速速度标量量图，（aa）、（bb）、（cc）、（dd）分别别为不同同的安装装高度结论本文应用

10、用国际通通用计算算流体力力学软件件fluuentt模拟分分析了射射流风机机不同的的安装高高度对污污染物在在隧道内内分布的的影响，通通过计算算co浓浓度分布布和气流流速度分分布分析析得出，当当射流风风机安装装位置较较高时，cco主要要集中在在隧道的的上部，且且空气以以相对较较高的速速度同样样在隧道道上部流流动，这这种分布布方式非非常有利利于施工工人员在在隧道内内施工，因因此，建建议在施施工时，根根据现场场情况尽尽可能将将风机安安装于隧隧道上方方。 本研究究只考虑虑了恒定定的coo流量，并并没有考考虑计算算区域内内由于车车辆的通通过而引引起的cco排放放， 这这一问题题将在今今后的课课题中逐逐步进

11、行行研究。参考文献献：1石石平.公公路隧道道通风局局部效应应三维数数值模拟拟分析与与研究.硕士学学位论文文.长安：长安大大学.20004.2郑郑晋丽(译).隧道通通风系统统模拟计计算和结结论.地地下工程程与隧道道.19997，11：411-4553陈陈德芳.长大道道路隧道道通风设设计综述述.地下下工程与与隧道.19995，33：344-3774高高孟理.隧道射射流通风风与防灾灾.中国国公路学学报.119988，111（1）：1-555曾曾艳华，关宝树树.公路路隧道全全射流纵纵向通风风方式的的适用长长度.公公路.119988，1：38-416YYunaan HHu eet aal.CConttr

12、oll deesiggn ffor minne vventtilaatioon nnetwworkk syysteems. Deecissionn annd CConttroll.20002.Voll. ll:100-133.7CChenn Shhiyuuan. Neetwoork anaalysses of venntillatiion sysstemm foor llargge hhydrro-ggeneerattor. Ellecttriccal Macchinnes andd Syysteems. 20001. Vool.ll:188-200.8AArmiin. ERuudd. Meeasuuremmentt off veentiilattionn annd iinteerzoonall diistrribuuti