杨清海 沈恒根 孙三祥

1 东华大学环境科学与工程学院

2 兰州交通大学环境与市政工程学院

0 引言

隧道通风是维持隧道内污染物浓度不超标、保证驾驶员行车能见度与舒适性的主要措施[1]。隧道通风分为横向、纵向及混合式[2]。在长隧道中约1/3 的运营费用消耗在机械通风上，而纵向通风由于其控制简单、减少能耗而越来越多的用于隧道的通风设计中[3-5]，同时纵向通风与竖井相结合，成为了日益采用的通风模式[6-8]。

目前主要使用简化的受限射流理论与经验公式对风机流场进行计算[9]，依据风机压升与阻力平衡计算风机数量[8]，同时经过检验的CFD 方法可以反映出流场的变化细节，为工程应用提供可靠的数据[10-11]。但CFD 中风机通常简化为速度进出口，或设置为压力升边界条件[12-14]，虽然可以简化计算，但实测数据表明，风机出口并不是单一轴向速度场，还有一定的径向与周向速度[15]。Colella 提出变维计算方法，将三维射流与一维充分发展流结合，但对风机流场仍使用稳态直射流[16]。风机设计中已使用三维动态网格进行数值计算，但重点用于风机内部流场计算[17-19]。

本文采用数值模拟与试验相结合的方式。首先通过测试数据与动网格模拟模拟结果的对比，确定模拟风机流场所需的湍流模型及网格密度。然后通过隧道模型试验与数值模型数据的对比，确定隧道通风数值计算合适的湍流模型及边界条件。最后使用选定的湍流模型与边界条件，通过正交试验对实际尺度隧道射流流场模拟计算，分析真实风机流场与常采用的简化稳态射流模型流场的差异与规律，确定风机旋转动态射流对隧道通风流场的影响。……