隧道掌子面微尘气固耦合动态演化模拟与机理分析

为研究肺泡区高沉积呼吸性粉尘动态疏散演化特性与机理，解决该类粉尘难以测定的问题，以贵州省内2座在建高速铁路施工隧道为研究对象，对风筒不同位置布局条件下隧道施工作业区内粉尘质量浓度的时空动态演化特征进行现场检测。根据隧道实际工况参数建立数值模型，利用有限元ANSYS-Fluent软件离散模式对粉尘质量浓度场和气流场进行求解计算。结果显示：模拟与实测结果之间相对误差满足工程计算精度要求；通风作业时，Ⅰ号隧道内粉尘疏散出现附壁运动效应，疏散运动的活塞效应较Ⅱ号隧道更为明显，试验中后期Ⅰ号隧道的总尘疏散效率高于Ⅱ号隧道；通风95 min后，Ⅰ号隧道内高沉积呼吸性粉尘出现大范围疏散，而Ⅱ号隧道在通风110 min后滞留粉尘颗粒数量逐渐降低。造成2座隧道内总尘与高沉积呼吸性粉尘疏散效率相背离的主要机理为：较大粒径的浮尘在螺旋状偏向卷积运动作用下更容易穿越台车进行疏散，而小粒径粉尘悬浮效应严重且长距离的随流运动使其疏散时间随之延长。对隧体微尘进行气固耦合动态演化模拟与机理分析，可为通风除尘系统的优化设计提供数据支撑和理论依据，对进一步改善施工环境、保护作业人员身心健康具有重大指导意义。