莫小麗

摘 要：本研究采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)研究在汽車尾氣影響下隧道內(nèi)部CO濃度分布，研究結(jié)果表明：（1）在長直型隧道中，CO濃度越靠近隧道中點位置濃度越高，越靠近隧道入口、出口端濃度越低。（2）隧道內(nèi)CO濃度實際檢測值與模擬結(jié)果十分契合，從而驗證了該數(shù)值模擬方法的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：隧道;CO濃度;模擬;CFD

在隧道中，汽車尾氣中的一氧化碳容易在空間內(nèi)部累積，達到一定濃度時會威脅人體健康，所以隧道在設(shè)計、改造、維修過程中有必要研究隧道結(jié)構(gòu)對CO的濃度分布的影響。目前關(guān)于隧道內(nèi)有害氣體濃度分布的研究多集中在利用氣體檢測儀檢測已建隧道各個位置的空氣中有害氣體成分的含量上，[1]采用數(shù)值模擬技術(shù)研究隧道結(jié)構(gòu)對有害氣體濃度分布的文獻報道較少。實際上對于設(shè)計單位來說，在圖紙繪制階段預(yù)先了解隧道內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)對有害氣體濃度的影響非常重要，而此時可利用的手段只有數(shù)值模擬這一種，因此有必要開展隧道內(nèi)有害氣體成分濃度分布的數(shù)值模擬技術(shù)研究。

1 煙氣物在大氣中的擴散數(shù)學(xué)模型

汽車尾氣在隧道內(nèi)的擴散與污染物在大氣中的擴散方式一致，可采用Gaussian 大氣污染物擴散方程，考慮到排放位置貼近隧道路面，可認為尾氣源在隧道路面，擴散方向是由路面向隧道頂部，Gaussian方程簡化為：

C=2Qπuσzexp（-z22σ2Z）（1）

其中：C-煙氣物的濃度，g/m3;

Q-煙氣物源頭釋放速率，g/s;

u-風(fēng)速，m/s;

σ-豎向擴散參數(shù)，m;

2 幾何模型和網(wǎng)格劃分

CFD分析第一步是繪制對象的幾何結(jié)構(gòu)，然后再將幾何模型用網(wǎng)格劃分成一個個的微元結(jié)構(gòu)，本研究以廣州花城大道CBD隧道為考察對象，網(wǎng)格劃分后的幾何模型見圖1。

3 邊界條件和初始條件

CFD計算前需先設(shè)定模型的的邊界條件，如表1所示。

4 數(shù)值模擬結(jié)果與討論

4.1 隧道內(nèi)不同位置CO濃度分布

圖1是隧道縱深方向截面上不同位置CO濃度分布，濃度采用體積分數(shù)表示。從圖1可看出隧道縱深方向截面上越靠近隧道中點位置CO濃度越高，越靠近隧道入口、出口端CO濃度越低。隧道中點位置，CO濃度最高值達到1.12·10-5，隧道入口、出口端CO濃度約為8.36·10-6，圖2也表明隧道內(nèi)入口、出口端CO易擴散到外界大氣，隧道中點位置CO容易累積，不易擴散，說明隧道中點位置處需要有通風(fēng)系統(tǒng)，以加強同外界的空氣交換。

圖2 隧道內(nèi)CO濃度

4.2 模擬結(jié)果的驗證

本研究采用手持式氣體檢測儀在離隧道路面1.5米的垂直高度上檢測隧道入口、隧道中點、隧道出口三個位置的CO濃度并與模擬結(jié)果相比較，如表1所示。從表3可看出隧道內(nèi)CO濃度實測值與模擬值十分接近，說明模擬結(jié)果與實際情況相符，本數(shù)值模擬方法是正確、有效的。

5 結(jié)論

（1）本研究采用CFD數(shù)值模擬方法模擬了隧道內(nèi)CO的濃度分布，模擬結(jié)果表明隧道內(nèi)縱深方向截面上CO濃度越靠近隧道中點位置濃度越高，越靠近隧道入口、出口端濃度越低。

（2）采用氣體檢測儀檢測隧道內(nèi)CO濃度，并將檢測結(jié)果與模擬結(jié)果相對比以檢驗?zāi)M方法的正確性，結(jié)果表明模擬結(jié)果與實際檢測值很接近，說明該數(shù)值模擬方法是正確、有效的。

參考文獻：

[1]龐偉，付海陸，耿偉，等.天目山隧道通風(fēng)與施工環(huán)境有害氣體組分實時監(jiān)測研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，56（1）：150-158.

[2]王人杰.空燃比對汽油發(fā)動機排放污染物的實驗探究[J].內(nèi)燃機與配件，2017（08）：15-20.

[3]程曉章，查小輝，陳康，等.DPF缸內(nèi)次后噴再生效率和排放的試驗研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），41（9）：1153-1157.