Блог

Mar 10, 2023

Численное исследование миграции CO после взрывных работ при высоких температурах.

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 14696 (2022 г.) Цитировать эту статью

588 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

На западном плато Китая необходимо решить проблемы с вентиляцией, вызванные низким атмосферным давлением. А миграция CO после взрывных работ в высотном туннеле наклонной шахты стала важной научной проблемой. В данном исследовании метод вычислительной гидродинамики (CFD) был использован для анализа характеристик поля течения на стыке наклонного ствола и туннеля. Кроме того, обсуждалось влияние различных режимов открытия вентиляторов и различного начального распределения концентрации CO на вентиляцию. Результаты моделирования показали, что основная разница в поле вентиляционного ветра отражается на положении вихревой области из-за разных режимов открытия вентилятора. Между тем, различные начальные распределения концентрации CO показали различную миграцию, когда не было разницы в объеме воздуха между левым и правым туннелями. Устранение вихревых зон и полное использование высокоскоростного воздушного потока может повысить относительную эффективность вентиляции как минимум на 18%. CO накапливался бы в противоположном направлении туннеля, если бы был включен только один из вентиляторов. Поэтому была предложена двухступенчатая схема вентиляции, при этом энергопотребление было снижено как минимум на 33%. Это исследование может дать рекомендации по строительству высотных туннелей с несколькими рабочими забоями для повышения эффективности вентиляции и снижения энергопотребления.

Западный Китай отличается большой высотой, сильным холодом и низким атмосферным давлением. Между тем, взрывные работы в туннелях приводят к образованию большого количества угарного газа (CO). Гемоглобин (Hb) имеет высокое сродство к CO, что значительно снижает способность крови переносить кислород. Это еще более губительно в суровых условиях высокогорного плато1. Чтобы гарантировать охрану труда работников и обеспечить бесперебойное строительство высотного тоннеля, необходимо более глубоко изучить закон распространения СО в высотном тоннеле.

При строительстве тоннелей принудительная вентиляция по-прежнему остается основным способом разбавления токсичных газов. Де Соуза и Кацабанис2 использовали модель взрывной газовой диффузии, чтобы определить безопасное время повторного входа, принимая во внимание требования к разбавлению опасных газов. Чтобы как можно скорее снизить концентрацию токсичных газов ниже ПДК и сократить расходы на вентиляцию, необходимо изучить характеристики поля потока в туннеле для оптимизации вентиляции. Парра и др.3 исследовали три различных типа систем вентиляции и заметили, что расположение воздуховодов напрямую влияет на поле воздушного потока. Курния и др.4 представили новую прерывистую систему вентиляции воздуха в целях экономии энергии. Однако в туннелях существуют некоторые мертвые зоны вентиляции, например, в поперечном проходе двойного туннеля, где опасные газы более сконцентрированы. Было продемонстрировано, что применение струйного вентилятора может решить эту проблему5. Кроме того, разные параметры струйного вентилятора по-разному влияют на повышение эффективности вентиляции6,7,8,9,10. Кроме того, в туннельную вентиляцию постепенно внедряется технология воздушных завес. Он способен контролировать пыль или дымы взрывчатых веществ в определенной зоне, которые быстро выводятся через воздуховод11. Многие исследователи исследовали характеристики поля потока и оптимальные параметры вентиляции воздушной завесой12,13,14. Более того, широко распространено мнение, что все вентиляционные каналы в той или иной степени негерметичны, и эффективность воздуховодов можно использовать для оценки влияния скорости утечек на вентиляционные системы15,16. Ван и др.17 создали трехмерную модель с использованием CFD для анализа скорости утечек. Результаты моделирования показали, что давление и объем утечки влияют на скорость утечки по туннелю.

Но увеличение высоты приводит к еще большим проблемам с вентиляцией туннелей. Требуемый объем воздушного потока, объем подачи вентилятора и характеристики поля потока на равнинных участках больше не применимы к участкам плато. Прежде всего, кислородное голодание усугубит недостаточное сгорание двигателя и увеличит выброс вредных газов. В целом, тест на выбросы при реальном вождении (RDE) является основным методом исследования выбросов выхлопных газов18. Рамос и др.19 провели полевые испытания с тремя различными видами топлива и всесторонне изучили влияние высоты над уровнем моря, альтернативных видов топлива и условий вождения на выбросы выхлопных газов. Результаты показали, что на большой высоте выбросы оксидов азота (NOx) примерно в десять раз превышают пределы, установленные европейскими стандартами. Ван и др.20 заметили, что выбросы CO, PN и NOx увеличиваются с высотой, тогда как выбросы NOx снижаются, когда высота превышает 2990 м. Соответствующий высотному коэффициенту CO, высотный коэффициент NOx можно использовать для отражения влияния высоты на коэффициенты выбросов NOx. Согласно сравнению, на CO более существенно влияет высота над уровнем моря21. Во-вторых, среда плато будет оказывать большое влияние на многие физиологические системы организма человека, снижая среднюю трудоспособность и понижая устойчивость к токсичным газам. Рабочие более склонны к головокружению и даже отравлению22,23,24. Хорошо известное уравнение Коберна-Форстера-Кейна (CFK) описывает функциональную взаимосвязь между концентрацией CO в окружающей среде и концентрацией карбоксигемоглобина (COHb) в организме человека, закладывая прочную теоретическую основу для изучения предельной концентрации CO25. Кроме того, падение плотности воздуха повлияет на нормальную работу вентилятора в зоне плато26. Как следствие, вентилятор необходимо заменить, чтобы удовлетворить потребности в вентиляции в условиях высокогорья. При строительстве высотного тоннеля изменится пространственно-временное выделение токсичных газов или пыли, что напрямую влияет на схему вентиляции. Характеристики переноса дыма при пожарах в туннелях на больших высотах были тщательно исследованы и изучены27,28,29, что может дать идеи для исследования вентиляции высотных туннелей после взрывных работ. Хуан, Шен, Ван и Ляо30 изучили закон миграции CO после взрывных работ в плато-шахте с использованием CFD-модели, отметив, что время вентиляции, необходимое для разбавления CO в местах с низкой высотой, очевидно, меньше, чем в высокогорных районах. Фэн и др.31 использовали численное моделирование, чтобы установить набор функций концентрации CO в различных условиях высоты, которые были проверены на основе полевых данных.