特长铁路隧道全年运行热环境模拟分析.docVIP

 特长铁路隧道全年运行热环境模拟分析# 5 10 15 20 25 30 35 40  摘要：针对特长单线隧道建立隧道内空气及围岩传热数学模型，采用有限体积法进行离散并 使用 Matlab 编制数值模拟程序。通过对隧道传热全年模拟分析表明：隧道内空气温度受外 界气温、列车运行情况及围岩传热的影响，随全年不同季节外界气温的变化而产生一致变化， 同时由于围岩蓄放热特性，围岩会反过来对空气进行加热或冷却，使隧道内空气温度的这种 变化趋势产生滞后。 关键词：隧道；围岩；传热；温度 中图分类号：TU834.3 Numerical simulation Extra long railway tunnel thermal environment analyses in whole year operation YUAN Yanping1, LEI Bo1, MA Guochuan2, CAO Xiaoling1 (1. School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031; 2. China Southwest Architectural Design and Research Institute Company Limited, Chengdu 610042) Abstract: The heat transfer model of air and surrounding soil in the extra long railway tunnel is established and discretized by the infinite volume method. The discrete mathematical model is simulated by a self-developed program based on the simulation software of Matlab. The annual simulation results of the tunnel heat transfer indicated that the tunnel air temperature depended on the outdoor air temperature, the train running condition and the surrounding soil heat transfer. The temperature variation tendency of the tunnel air is in accord with the change trend of the outdoor air temperature, while there is a time lag. The time lag is created due to the heat charge and discharge characteristic of the surrounding soil because the surrounding soil can heat or cool the tunnel air. Key words: railway tunnel; surrounding soil; heat transfer; temperature 0 引言 随着我国高速铁路建设的发展，长大隧道增多，同时列车的运行速度及发车密度也不断 提高，列车向隧道内释放的热量也越来越多，若隧道内热量不能及时排出，将引起铁路隧道 内热湿环境的恶化，给列车安全及设备的可靠性带来一定的影响。国内外相关学者展开了一 系列的隧道内热湿环境模拟研究。在早期，主要采用整体分析法、年龄函数法等解析方法对 隧道及其环境进行计算[1-3]。2000 年，HBI[4]对 Gotthard Base 特长隧道进行了热湿环境预测， 列出了隧道内沿隧道轴向温度和湿度分布，初步分析了影响隧道内热湿环境的主要因素，但 是没有详细介绍计算模型和计算方法。2002 年，谢强、陈永萍[5]采用有限元法对秦岭隧道区 域地温场特性和隧道围岩温度进行了预测分析，而这一预测主要用于防止施工热害，并未涉 及到运营过程中围岩温度场和隧道内空气温度的预测。2003 年，Alan Vardy 和 J Brown[6]研 究了隧道围岩内渗流对围岩温度场的影响，主要分析了渗流对隧道围岩温度分布、影响区域 及影响时间的作用。2007 年，史晓蕾[7]等人初步建立了单线、双线隧道热湿环境数值模拟的 -1-  模型和数值计算方法，利用 MATLAB 编写计算程序；根据计算分析了隧道内