点排式通风系统在隧道无动力除尘方面的应用

报告，荷兰的公路隧道设施建议RWS和日本的道路公团MEPC等。对比各国长隧道排烟改善系统不难发现，隧道通风系统由最初的全区排烟改为集中排气式有日渐增加的趋势。

2 集点排气式通风系统（Point Extraction Ventilation）

2.1 设计依据和条件

参照《公路隧道通风照明设计规范》并参考PIARC（国际道路协会常设委员会）的推荐值。

单向交通隧道：L*N≥6×105；

L：隧道长度（m）；

N：设计交通量（辆/h）

单向交通隧道设计风速≤10m/s

2.2 点排式通风系统

布设排气管道于隧道上方空间，并搭配装设喷气式通风机（Jet Fan）辅助气流方向，如图1所示。在管道下方每隔相同距离（具体长度由隧道实际长度决定）设置特定电动风门，利用数控技术可实现各个排气（烟）口的打开或闭合。

当汽车排放尾气时，隧道内部气体量增加。在将气体视为理想不压缩流体的情况下，隧道内压强变大，在内外界压强梯度的作用下，气态污染物（主要为CO）从隧道内经由排气（烟）口，沿通风管道被排放到外界，从而达到除尘目的。

3 隧道通风系统整体方案验证

根据《公路隧道通风照明设计规范》和《工业通风设计手册》，所设计的隧道采用集点排气式通风方式（Point Extraction Ventilation），风速8m/s。在模型设计时为保证长、宽、高的比例，取隧道中央长50m的排气段作为模型建立的依据。为了使模型在Fluent中显示的流场更能充分的反应流场状态，又考虑电脑的实际运行问题，所设计的网格大小为0.5。采用κ-ε湍流模型。

圖2为迭代70次所得的残差图，从图中反映出各项数据在第60次迭代计算时已经完全收敛。为了了解流场中流体流速的大小及方向，所得流体速度矢量图（图3），从图中可以看出流体从入口进入后，在隧道中央的通风口分成三个方向，一个方向从通风管道左侧流动，另一个方向从通风管道右侧流出，还有一个方向从隧道出口流出。从流场压强图（图4）可以看出流体在管道内由于流体流速较大，故而压强较小。从所建简易模型模拟流场状况看，流体流动分布合理，符合隧道设计的要求。当然，在具体工程中还应该考虑实际地形地貌特点。

本次设计也考虑到隧道建成运行后可能遇到的火灾隐患问题。。当在隧道行车事故导致火灾时，开启距离事故区域最近的电动风门，闭合其他位置的风门并将出口处风机反转，可有效地将发生事故区域的烟热迅速排除。缩小烟气流动范围，延长人员逃生时间。

4 结束语

文章通过理论分析设计了点排式通风系统，并通过数值模拟方法模拟了该通风系统内部气体流动方向。由数值模拟结果，我们不难发现，该通风系统满足无动力除尘的要求，即除了空气自重外不再依靠任何其他的外界动力。至于文中提到的射流风机只是起到在特定环境中辅助气体流动方向的作用，电动风门是结合实际情况考虑到有可能出现的火灾隐患对该通风系统做的进一步完善。与无动力除尘的初衷并不相悖。尽管数值模拟与预计效果拟合度较高，但模拟过程是在理想情况下进行，并不能够完全反映实际。集点排气式通风系统仍需要大量的实验进行验证，但其应用前景十分乐观。

作者简介：屠立新（1995-），男，兰州大学资源环境学院，研究方向：环境功能材料。

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