高黎贡山隧道目前面临着严重的热害问题,对隧道进行非人工制冷降温已经无法达到工作面的降温要求,因此就需要采用人工制冷降温措施。目前,隧道人工制冷降温系统缺乏专门的设计资料,只能凭经验参考建筑中央空调系统设计规范及手册等资料进行系统设计。鉴于隧道降温工程与建筑空调具有显著的差别,无论是设计方法、系统形式,还是系统运行参数均应不同,否则将导致隧道人工制冷降温系统复杂、投资大、运行费用高。因此,对隧道人工制冷降温系统进行系统仿真及运行参数优化研究具有重要的实际意义。首先对隧道热源进行分析计算,得到了挖掘工作面需要的冷量,根据隧道的实际情况,确定出该隧道最优的人工制冷降温方式,并对该系统的主要设备进行选型。根据流体流动的守恒定律建立流体动力学模型,利用FLUENT软件对隧道掘进工作面热环境进行模拟,得出挖掘巷道的风流速度场和温度场分布,并求出最佳的降温区域,即为在离工作面30m处时使温度降至28℃以下,能够满足工作面的降温要求。其次建立隧道人工制冷降温系统各耗能部件的数学模型,分析影响该系统能耗的主要变量,并对数学模型进行参数拟合和准确性验证。利用Matlab/Simulink仿真软件建立各耗能部件的能耗仿真平台,并通过仿真计算来分析各耗能部件的运行特性。把各个部件的能耗数学仿真模块根据它们之间的输入输出关系进行关联,搭建冷却水系统和冷冻水系统仿真平台,并进行系统能耗运行特性分析。最后建立以隧道人工制冷降温系统年折算费用为最低的目标函数,用遗传算法对目标函数进行优化计算,得出当冷却水进出水温差为5.62℃和冷冻水出回水温差为10.4℃时,隧道人工制冷降温系统年折算费用最低,且其相应设计下的冷却水出水温度为30.3℃,冷冻水出水温度为5.3℃。同时经过优化计算得出冷却水水管和冷冻水水管各自的优化管径值。优化结果表明,经优化后隧道人工制冷降温系统的年折算费用比优化前的年折算费用有所减小。