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[硕士论文] 冯成
交通运输工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国经济的飞速发展,我国的基础设施建设有着质和量的提升,在有限的城市空间内如何有效的提高交通效率,城市隧道占据着重要地位。因此越来越多的城市隧道如雨后春笋应运而生。但是公路隧道因为结构比较封闭,车辆经过之后会排放出大量的有害气体,随着时间的增加隧道内的汽车尾气就会越来越多。当人们通过隧道时若长期处于这种环境下会对健康造成巨大的危害。因此隧道内气体的净化成了人们关注的焦点。
  本文以重庆是一条300m的公路隧道作为研究对象,采用计算流体力学软件和隧道内气体扩散模式来构建隧道内气体的扩散模型。并且运用有限容积法求解隧道内NO、NOx的浓度分布规律。同时以二氧化钛为净化有害气体原材料,因为单纯的二氧化钛净化效果有限,因此在实验室制备二氧化钛样品,同时通过氮掺杂来改变二氧化钛性能以此提高二氧化钛活性。
  在研究隧道内有害气体分布时主要考虑到两点影响因素;隧道内的风速大小、隧道内的交通量状况。以此讨论在两种不同状况下隧道内NO、NOx的分布规律。在讨论二氧化钛的净化效率时主要考虑到:二氧化钛量、煅烧温度、是否氮掺杂。并且对三种情况进行实验分析对比。
  1)隧道内的风速大小对有害气体分布有着重要影响;当风速为零时隧道内的气体以自由扩散为主,在隧道内呈均匀与分布状态。当风速为1m/s时隧道内气体从入口到出口总体呈递增趋势,但是100米以后气体分布状况大致相同,入口处有一位置有害气体量为零。当风速为2m/s时分布状况与1m/s大致相同但是150m以后浓度大致才相同,而且入口处气体为零的部分比1m/s处要长一点。
  2)隧道内交通量对有害气体分布的影响;在讨论交通量的影响时将风速定为15m/s。当交通量为自由行驶状态时,此时隧道内的气体分布状况在车辆行驶方向以递增的趋势增加,当达到100m以后浓度大致相同,竖向因为受到重力的作用浓度也呈递增趋势,横向大致相同。当交通量为饱和状态时;与前者大致相同,但是因为浓度的增加竖向因为重力作用影响已经不在明显。当交通量为拥堵状态时;其余部分大致相同竖向已经不受重力影响,各部位浓度大致相同,但是汽车的排气部分浓度很高。
  3)在一定范围内负载量的不同二氧化钛的净化效率不一样,负载次数越多则负载量越大,但是3次以后增加趋势已经不是很明显,在净化效果上负载量越多净化效率越高,表明在一定范围内二氧化钛含量越多光催化效率越好,但是本次实验负载量很少,不到一克。同时因为负载量引起的净化效率不同与是否氮掺杂和多少温度煅烧无影响。
  4)煅烧温度的影响;因为二氧化钛的分子结构类型有三种,不同温度下煅烧的样品分子结不一样,根据实验表明500℃下煅烧样品主要以锐钛矿为主,400℃有一部分的金红石,600℃下有一部分板钛矿,实验表明在净化是锐钛矿效果最好金红石次之板钛矿最差,因此煅烧温度中500℃最好400℃次之600℃最差。
  5)氮掺杂的影响;二氧化钛本身的活性具有一定的缺陷因此净化效果不是很理想,但是掺杂其它元素以后可以改善其净化效果,本文采用以掺杂氮元素方式,实验表明掺杂氮元素之后净化效果有着很大的提升,在同样的条件下,氮掺杂和未掺杂的样品净化效果有5%以上的差距,同时掺杂后的样品对原样品其它方面没有多大的改变。因此通过模拟得出隧道内有害气体分布,同时将改性之后的二氧化钛样品放置于气体分布比较集中的地方以此改善隧道内其它环境。
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