利用太陽能煙囪的公路隧道自然通風(fēng)數(shù)值模擬與研究

【摘要】：公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)的巨大耗電量,使通風(fēng)節(jié)能問題越來越為人們所關(guān)注,公路隧道的自然通風(fēng)也一直是公路隧道領(lǐng)域的重點課題之一。太陽能煙囪作為一種熱壓作用下的自然通風(fēng)設(shè)備,利用太陽輻射,將熱能轉(zhuǎn)化為空氣的動能,從而起到通風(fēng)換氣的作用。本文將公路隧道自然通風(fēng)與太陽能煙囪結(jié)合,對用于隧道通風(fēng)的太陽能煙囪通風(fēng)效果進行了研究。首先提出了一種利用太陽能煙囪實現(xiàn)公路隧道通風(fēng)的結(jié)構(gòu)形式,它由太陽能煙囪結(jié)合豎井構(gòu)成,可以借助太陽能加強公路隧道自然通風(fēng)效果。其次,推導(dǎo)出了通風(fēng)阻力和超靜壓差存在的情況下,太陽能煙囪通風(fēng)量與尺寸參數(shù)的數(shù)學(xué)公式,并利用計算機流體仿真進行了不同尺寸下的太陽能煙囪數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:集熱棚長度為50-200m的太陽能煙囪能夠產(chǎn)生與自然風(fēng)通風(fēng)阻力大致相等的負壓。同時經(jīng)過對比,驗證了上述公式。最后在雷家坡一號隧道設(shè)置了太陽能煙囪自然通風(fēng)系統(tǒng),通過實測數(shù)據(jù)分析,并結(jié)合數(shù)值模擬,表明該系統(tǒng)取得了較好的自然通風(fēng)效果。研究表明太陽能煙囪能將純自然通風(fēng)條件下豎井原有的通風(fēng)量提升約一倍;并且在不利時間段,使用太陽能煙囪產(chǎn)生的負壓能夠抵消隧道自然通風(fēng)阻力。并提出了改進方案,改進后太陽能煙囪能提升約25%-35%的通風(fēng)量。太陽能煙囪通風(fēng)技術(shù)適用于太陽能資源豐富的隧道,極大地提高了公路隧道自然通風(fēng)的效果,它的推廣使用有助于進一步實現(xiàn)公路隧道節(jié)能減排的目標(biāo)。 【關(guān)鍵詞】：公路隧道 自然通風(fēng) 太陽能煙囪 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U453.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRAC T5-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 課題來源及研究意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 研究的主要內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)11-13
• 第二章 太陽能煙囪基本理論及計算13-26
• 2.1 通風(fēng)計算假定13-14
• 2.2 計算流體力學(xué)理論14-18
• 2.2.1 數(shù)值計算邊界條件14-16
• 2.2.2 流體動力學(xué)控制方程16-18
• 2.3 太陽能煙囪基本原理及理論計算18-20
• 2.3.1 太陽能煙囪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18-19
• 2.3.2 煙囪效應(yīng)的形成19-20
• 2.3.3 煙囪效應(yīng)中的空氣流速20
• 2.4 公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)中的太陽能煙囪數(shù)學(xué)模型20-24
• 2.4.1 公路隧道自然通風(fēng)影響因素分析20-22
• 2.4.2 公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)中的太陽能煙囪數(shù)學(xué)模型22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-26
• 第三章 太陽能煙囪尺寸數(shù)值模擬研究26-36
• 3.1 用于隧道通風(fēng)的太陽能煙囪結(jié)構(gòu)26-28
• 3.1.1 太陽能煙囪結(jié)構(gòu)分類26-27
• 3.1.3 隧道通風(fēng)系統(tǒng)中的太陽能煙囪27-28
• 3.2 系統(tǒng)三維建模軟件及數(shù)值模擬軟件28-31
• 3.2.1 三維建模軟件Autodesk Inventor Professional29
• 3.2.2 流體數(shù)值模擬軟件Autodesk Simulation CFD29-31
• 3.3 太陽能煙囪數(shù)值模擬31-35
• 3.3.1 太陽能煙囪三維模型31
• 3.3.2 工況和邊界條件31-32
• 3.3.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析32-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 雷家坡一號隧道太陽能煙囪通風(fēng)研究36-57
• 4.1 雷家坡一號隧道基本情況36-37
• 4.2 環(huán)境數(shù)據(jù)采集37-38
• 4.3 雷家坡一號隧道通風(fēng)系統(tǒng)三維模型38-39
• 4.4 數(shù)值模擬邊界條件39-46
• 4.4.1 溫度39-42
• 4.4.2 氣壓42-43
• 4.4.3 壁面粗糙度43-44
• 4.4.4 太陽輻射量44-46
• 4.5 雷家坡一號隧道太陽能煙囪數(shù)值模擬結(jié)果46-52
• 4.6 數(shù)值模擬結(jié)果分析52-54
• 4.7 雷家坡一號隧道太陽能煙囪改進研究54-55
• 4.8 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻58-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得成果61-62
• 致謝62

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