城市交通隧道多数位于城市的繁华区段,车流密度大,易发生车辆阻塞以及火灾事故,再加上有相邻物业、车库与之相连,需要将有害气体或烟气尽快排出隧道以免对周围的环境与人员造成破坏,因此如何合理地布置通风或排烟的方式就显得极其重要。城市交通隧道具有浅埋特性,因此在长直主体隧道内可以采用纵向+竖井的排烟模式,利用竖井的烟囱效应进行通风排烟,此时竖井的高度和间距是影响通风排烟的关键因素。在多分支隧道内,阻滞工况和火灾工况下隧道内气流温度较高,在有坡度的连接隧道处容易产生热压,当热压强度大时会与机械风压形成竞争,造成与设计通风排烟模式完全不同的其他流动模式,有些模式甚至是不希望出现的。因此本文采用理论分析和数值模拟两种研究手段,针对长直隧道内竖井间距与高度对排烟的影响,以及多分支隧道气流多解性两个方面展开研究。理论分析针对某一长直城市交通隧道内的纵向+竖井的排烟特性、阻滞工况下多分支隧道气流多解性以及火灾工况下多分支隧道气流多解性三个方面展开工作:①对于长直城市交通隧道内的纵向+竖井排烟模式的研究,基于各竖井底部的全压值大小建立理论模型,对应不同竖井间距和竖井高度时各竖井的排烟效率分别展开研究,其中竖井排烟效率等于n个竖井总排烟量与隧道内总烟气量的比值,即/i???q Q;②按《公路隧道通风照明规范》的规定对多分支隧道阻滞工况进行理论设计,包括阻滞工况的物理模型设计、隧道发热量计算、隧道需风量计算、设计通风模式的确定以及轴流风机的选择。由于多分支隧道出入口多且存在坡度连接隧道,在设计通风模式的前提下,很有可能出现除设计通风模式外的其他流动模式,因此文中对可能出现的5种气流模式建立宏观控制方程,并用Matlab对非线性方程组迭代求解;③对多分支隧道火灾工况下的通风模式进行设计并风机选型,对可能出现的流动模式建立数学模型并求解,并分析了连接隧道的坡度、火源功率的大小、射流风机形成的升压力对气流组织多样性的影响。在火灾工况的研究模型中某些分支会出现烟气与空气逆流的现象,因此对这些分支采用两层区域模型,而对烟气与空气同向的分支依旧采用一层区域模型。数值模拟主要开展了两方面的研究工作:1)对长直城市交通隧道内的纵向+竖井的排烟模式进行小尺寸模拟,入口采用速度入口边界条件,其速度大小的值分别按理论分析得出的隧道入口速度通过比例关系算得;2)对火灾工况下多分支隧道的气流多解性采用原尺寸模型进行稳态模拟,边界条件相同,初始条件不同,分别对理论分析得出的几种流动模式进行模拟研究。数值模拟和理论分析的结果可以吻合得很好。通过理论推导和数值模拟的研究发现:①竖井间距变短以及高度增加时竖井排烟效率随之增加,并进一步发现竖井间距和高度对排烟效率的影响是相辅相成的,在某一理想的排烟效率下,竖井高度和竖井间距有一较佳的组合;②多分支隧道在阻滞工况和火灾工况下,热压与机械风压相竞争,会产生气流组织的多解性;③连接隧道的坡度、射流风机形成的升压力对气流组织多样性有比较大的影响,因此可以通过尽量减小隧道坡度和合理设置射流风机等措施对不希望出现的气流模式加以抑制。