双通道供风条件下施工隧道最优风速参数研究

为解决现场施工隧道双路供风风速不匹配、高沉积呼吸性粉尘相关参数实测困难的问题,以某在建大断面铁路隧道为研究对象,监测副风筒不同风速条件下施工作业区内回风向量特性参数,并采用有限元软件(ANSYS Fluent)2阶段求解模式模拟分析试验隧道多工况通风状况。研究结果表明:2阶段模拟中各项参数设置正确,求解结果可靠;副风筒出口风速V_(f)>9.5 m/s时检测断面P_(i)上的矢量风速均值V_(λ)与V_(f)负相关,V_(f)≤9.5 m/s时V_(λ)与V_(f)正相关;V_(f)=9 m/s时,I类呼尘的降尘效率最高,主副风筒风速匹配度最优;I类呼尘易在台车周围聚集,II类呼尘在偏转气流作用下更易穿过台车下部空间进入积压旋流区,致使该类呼尘出现长时间的簇团聚集;最优风速匹配条件下回流冲突干涉旋流区现象仍然存在,但其影响已不明显,施工时应在该区域内布设附加通风降尘设备。

隧道掌子面微尘气固耦合动态演化模拟与机理分析

为研究肺泡区高沉积呼吸性粉尘动态疏散演化特性与机理,解决该类粉尘难以测定的问题,以贵州省内2座在建高速铁路施工隧道为研究对象,对风筒不同位置布局条件下隧道施工作业区内粉尘质量浓度的时空动态演化特征进行现场检测。根据隧道实际工况参数建立数值模型,利用有限元ANSYS-Fluent软件离散模式对粉尘质量浓度场和气流场进行求解计算。结果显示:模拟与实测结果之间相对误差满足工程计算精度要求;通风作业时,Ⅰ号隧道内粉尘疏散出现附壁运动效应,疏散运动的活塞效应较Ⅱ号隧道更为明显,试验中后期Ⅰ号隧道的总尘疏散效率高于Ⅱ号隧道;通风95 min后,Ⅰ号隧道内高沉积呼吸性粉尘出现大范围疏散,而Ⅱ号隧道在通风110 min后滞留粉尘颗粒数量逐渐降低。造成2座隧道内总尘与高沉积呼吸性粉尘疏散效率相背离的主要机理为:较大粒径的浮尘在螺旋状偏向卷积运动作用下更容易穿越台车进行疏散,而小粒径粉尘悬浮效应严重且长距离的随流运动使其疏散时间随之延长。对隧体微尘进行气固耦合动态演化模拟与机理分析,可为通风除尘系统的优化设计提供数据支撑和理论依据,对进一步改善施工环境、保护作业人员身心健康具有重大指导意义。

基于双段求解的高精度浮尘离散模拟方法与应用

对掌子面爆破后隧道内浮尘时空演化特征进行动态模拟求解时引入数值逼近模型拟合出浮尘的初始排放量,在此基础上根据隧道实际工况提出了双段离散求解的数值模拟方法,解决主观赋值及精确求解的问题。以贵州某在建隧道为研究背景,利用有限元Ansys-Fluent软件离散模式对浮尘的动态时空浓度场进行双段求解计算,一阶段对静风状态下浮尘浓度梯度上的弥散进行模拟,二阶段对机械通风条件下浮尘的随流扩散进行模拟。研究结果表明:通风试验周期内沿程采样点模拟数据与实测数据的最大误差百分比为13.67%,随机采样点最大误差百分比为12.39%;采用双段模拟求解法对其他两座风筒拱顶布局、台阶法开挖的在建隧道进行了浮尘动态模拟,各随机采样点上误差百分比均控制在11%以内。相关数据表明双段模拟求解法具有普遍适用性,不同工况下均可有效保证模拟数据的低误差百分比,双段模拟求解法可作为掌子面爆破后浮尘动态演化的一种新型高精度模拟应用方法。