利用太阳能烟囱的公路隧道自然通风数值模拟与研究

【摘要】：公路隧道通风系统的巨大耗电量,使通风节能问题越来越为人们所关注,公路隧道的自然通风也一直是公路隧道领域的重点课题之一。太阳能烟囱作为一种热压作用下的自然通风设备,利用太阳辐射,将热能转化为空气的动能,从而起到通风换气的作用。本文将公路隧道自然通风与太阳能烟囱结合,对用于隧道通风的太阳能烟囱通风效果进行了研究。首先提出了一种利用太阳能烟囱实现公路隧道通风的结构形式,它由太阳能烟囱结合竖井构成,可以借助太阳能加强公路隧道自然通风效果。其次,推导出了通风阻力和超静压差存在的情况下,太阳能烟囱通风量与尺寸参数的数学公式,并利用计算机流体仿真进行了不同尺寸下的太阳能烟囱数值模拟。模拟结果表明:集热棚长度为50-200m的太阳能烟囱能够产生与自然风通风阻力大致相等的负压。同时经过对比,验证了上述公式。最后在雷家坡一号隧道设置了太阳能烟囱自然通风系统,通过实测数据分析,并结合数值模拟,表明该系统取得了较好的自然通风效果。研究表明太阳能烟囱能将纯自然通风条件下竖井原有的通风量提升约一倍;并且在不利时间段,使用太阳能烟囱产生的负压能够抵消隧道自然通风阻力。并提出了改进方案,改进后太阳能烟囱能提升约25%-35%的通风量。太阳能烟囱通风技术适用于太阳能资源丰富的隧道,极大地提高了公路隧道自然通风的效果,它的推广使用有助于进一步实现公路隧道节能减排的目标。 【关键词】：公路隧道 自然通风 太阳能烟囱 数值模拟
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U453.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRAC T5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题来源及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 研究的主要内容及论文结构11-13
• 第二章 太阳能烟囱基本理论及计算13-26
• 2.1 通风计算假定13-14
• 2.2 计算流体力学理论14-18
• 2.2.1 数值计算边界条件14-16
• 2.2.2 流体动力学控制方程16-18
• 2.3 太阳能烟囱基本原理及理论计算18-20
• 2.3.1 太阳能烟囱系统结构18-19
• 2.3.2 烟囱效应的形成19-20
• 2.3.3 烟囱效应中的空气流速20
• 2.4 公路隧道通风系统中的太阳能烟囱数学模型20-24
• 2.4.1 公路隧道自然通风影响因素分析20-22
• 2.4.2 公路隧道通风系统中的太阳能烟囱数学模型22-24
• 2.5 本章小结24-26
• 第三章 太阳能烟囱尺寸数值模拟研究26-36
• 3.1 用于隧道通风的太阳能烟囱结构26-28
• 3.1.1 太阳能烟囱结构分类26-27
• 3.1.3 隧道通风系统中的太阳能烟囱27-28
• 3.2 系统三维建模软件及数值模拟软件28-31
• 3.2.1 三维建模软件Autodesk Inventor Professional29
• 3.2.2 流体数值模拟软件Autodesk Simulation CFD29-31
• 3.3 太阳能烟囱数值模拟31-35
• 3.3.1 太阳能烟囱三维模型31
• 3.3.2 工况和边界条件31-32
• 3.3.3 数值模拟结果及分析32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 雷家坡一号隧道太阳能烟囱通风研究36-57
• 4.1 雷家坡一号隧道基本情况36-37
• 4.2 环境数据采集37-38
• 4.3 雷家坡一号隧道通风系统三维模型38-39
• 4.4 数值模拟边界条件39-46
• 4.4.1 温度39-42
• 4.4.2 气压42-43
• 4.4.3 壁面粗糙度43-44
• 4.4.4 太阳辐射量44-46
• 4.5 雷家坡一号隧道太阳能烟囱数值模拟结果46-52
• 4.6 数值模拟结果分析52-54
• 4.7 雷家坡一号隧道太阳能烟囱改进研究54-55
• 4.8 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间取得成果61-62
• 致谢62

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