自然通风下高温隧道的热气流特征

高温隧道有洞内围岩温度高、洞内外气温差异大的特点,研究自然通风下高温隧道浮力流非等温流动规律,对隧道选线和通风降温设计有重要意义.红河州高温尼格隧道开挖掌子面围岩温度达88.8℃,以此为背景,采用现场实测与数值仿真方法,对隧道气温、风速进行实测;建立流?热耦合模型,控制变量围岩温度、阴阳坡温差、纵坡,对隧道空气温度场、气流场的瞬态变化进行数值仿真.研究结果表明:尼格隧道山体向阳、背阴侧受太阳辐射差异,形成"阴阳坡温差"效应,日均9?00～16?00时,向阳侧较背阴侧高4.7℃,最大高6.1℃.受阴阳坡温差和纵坡作用,自然通风条件下,气温在背阴侧坡脚洞外高于洞内,向阳侧坡顶洞内高于洞外,洞身气温由坡脚向坡顶先升高后降低,气温最高点31.02℃发生在600 m附近,偏向坡顶;风向在背阴侧坡脚由洞外吹向洞内,在向阳侧坡顶由洞内吹向洞外,洞身空气流动显现"横向烟囱"效应.无阴阳坡温差(温差0℃)且不设纵坡(纵坡0％)工况下,洞内气温沿纵向呈"几"字型分布,高温集中在隧道中心,不利于洞内热量散失;风速由两侧洞口向洞内有减小?增大?减小的过程,距两侧洞口1/4洞长处达到峰值,纵向中点趋于0 m/s,风速整体较小,最大风速0.34 m/s,气流无明显方向性.阴阳坡温差和纵坡使洞内空气流动具有整体方向性,加速洞内外空气热对流和空气?围岩热交换,大温差引起大降温,大纵坡产生高风速,风速随温差增大而升高,但不同坡度?1％,?2％,?5％引起的降温幅度相当.