參見對寒區(qū)隧道抗防凍的影響及合理設(shè)防范圍研究.pdf

1、人們對寒區(qū)隧道抗凍防凍的重要性已經(jīng)達(dá)成共識，國內(nèi)外學(xué)者對防寒保溫的方法及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，然而，目前為止還沒有展開通風(fēng)對抗防凍設(shè)計的影響的研究，尤其是非穩(wěn)態(tài)傳熱方面的研究。
　　本文通過理論推導(dǎo)及數(shù)值分析，對高寒地區(qū)鐵路隧道橫斷面非穩(wěn)態(tài)傳熱機理進(jìn)行研究，包括了圍巖調(diào)熱圈隨時間的變化情況。在此研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行對流-導(dǎo)熱耦合作用下的高寒隧道縱向非穩(wěn)態(tài)傳熱機理研究，主要分析隧道圍巖的溫度分布規(guī)律。
　　在理論研究和推導(dǎo)的基

2、礎(chǔ)之上，使用VC++語言編制有限差分程序，計算在各種通風(fēng)工況下的隧道圍巖溫度分布。并與FLUENT軟件模擬進(jìn)行對比，驗證其可行性。
　　本文以成蘭線王登鐵路隧道工程為依托，通過大規(guī)模的數(shù)值模擬，比較了不同的自然風(fēng)和活塞風(fēng)情況、不同的運營年份隧道圍巖溫度的縱向分布情況。通過對模擬成果的統(tǒng)計分析及歸納整理，提出寒區(qū)隧道抗凍設(shè)防合理范圍。
　　本文得出的結(jié)論和成果如下：
　　(1)通過二維有限差分程序?qū)φ{(diào)熱圈的研究表明，調(diào)熱

3、圈范圍隨著時間增長而逐漸增大，其增大的趨勢逐漸變緩并最終趨向一個穩(wěn)定值，三維模擬計算選取70m左右的圍巖范圍計算是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過調(diào)熱圈的范圍的。
　　(2)保溫層因其較低的導(dǎo)熱率及較高的比熱容，鋪設(shè)于初襯與二襯之間，起到很好的“阻礙”熱量傳遞的作用，減緩了保溫層后的圍巖降溫幅度和速率，從而減緩了調(diào)熱圈的增長速率。
　　(3)用FLUENT軟件模擬馬蹄形隧道對C++編制的三維有限差分程序計算圓形隧道進(jìn)行對比驗證。結(jié)果表明，兩者得出的

4、溫度變化趨勢相同，計算誤差很小。
　　(4)分別用三維有限差分程序計算極低恒定風(fēng)溫和以當(dāng)?shù)厝昶骄鶜鉁貫橐罁?jù)的周期性風(fēng)溫條件下隧道圍巖溫度的縱向分布。結(jié)果表明，自然風(fēng)對隧道內(nèi)圍巖溫度起著重要的作用，風(fēng)速越大，巖溫下降越快。隧道內(nèi)原始巖溫及風(fēng)流速度的大小和風(fēng)流的方向?qū)λ淼绹鷰r的溫度分布有著十分重要的影響。活塞風(fēng)對抗防凍的影響要依照具體運營工況而定。
　　(5)根據(jù)三維有限差分計算得出的周期性風(fēng)流溫度和最冷月平均風(fēng)溫條件下的圍巖