风障对高速公路桥梁段和路堤段区域气流场的影响

　　风障对高速公路桥梁段和路堤段区域气流场的影响-->1绪论1.1研究背景随着国民经济的迅猛发展和经济的全球化，大力发展交通运输事业，建立四通八达的高速公路网络，不仅有利于经济的发展，而且对当地文化交流、民族团结、巩固国防等有着非常重要的意义。近年来，我国的路、桥建设得到了飞速发展，截止2013年我国高速公路里程已经超过了 10万公里。桥梁作为高速公路网的重要组成部分，在工程规模上约占高速公路总造价的10%-20%，同时也是保证全线通车的咽喉BIT来完成计算模型的网格划分。由于论文模型计算域较大，若对整体进行高密度的网格划分必然会出现超过计算机计算能力以及计算时间过长的结果；若只对整体进行低密度的网格划分则因为桥梁区域流场的复杂性而无法准确地模拟桥梁区域气流场的分布。基于以上两点考虑，本文对模型采用了分块划分网格的方法，即将计算域分为若干区域，每个区域根据该区域具体情况确定合适的网格类型，区域之间利用交换界面（interface)和内部界面（interior)混合连接从而使各区域之间顺利衔接。在桥梁所在的区域，本文利用SizeFunction函数以及Cooper方法对其进行网格划分。SizeFunction是GAMBIT里常用的局部加密方法；Cooper方法适合于一个方向几何相似另外两个方向几何比较复杂的实体。首先对桥面上的面网格采用Sizefonction划分三角形非结构化网格，并对风障部分进行加密处理，接着利用Cooper让面网格沿顺桥方向形成体网格，如图3.5所示。3风障对桥梁区域气流场-->的影响..........233.1模型的建立..........................233.1.1计算域的选取..........................233.1.2计算模型的选取..........................243.1.3边界条件..........................264风障对高速公路路堤区域气流场的影响634.1模型的建立..........................634.1.1计算域的选取..........................634.1.2计算模型的选取..........................634.1.3边界条件..........................644.1.4网格划分..........................65 4.2不同高度的风障对路堤区域气流场的影响................664.3不同透风率的风障对路堤区域气流场的影响................784.4小结..........................845结论与展望..........................855.1结论..........................855.2展望..........................864风障对高速公路路堤区域气流场的影响本章的网格划分方法与第三章桥梁模型网格划分方法一致，考虑到论文模型计算域较大，若对整体进行高密度的网格划分必然会出现超过计算机计算能力以及计算时间过长的结果；若只对整体进行低密度的网格划分则因为路堤区域流场的复杂性而无法准确地模拟路堤区域气流场的分布。本章也将计算域分成了若干区域，每个区域根据该区域具体情况确定合适的网格类型，区域之间利用交换界面（interface)和内部界面（interior)混合连接从而使各区域之间顺利衔接。在路堤所在的区域，本文利用Size Function函数以及Cooper方法对其进行网格划分。SizeFunction是GAMBIT里常用的局部加密方法；Cooper方法适合于一个方向几何相似另外两个方向几何比较复杂的实体。首先对路面上的面网格采用Sizefunction划分三角形非结构化网格，并对风障部分进行加密处理，接着利用Cooper让面网格沿路堤方向形成体网格。本章通过CFD软件FLUENT进行数值模拟。为保证收敛性，动量方程、瑞动能方程和溫动耗散率方程采用1阶迎风格式，待计算稳定后再更换用精度更高的2阶迎风格式，并适当调高松弛因子，加快收敛[33]。本节将研究不同高度的风障对高速公路路堤区域气流场的影响。3.1.2节己有介绍：风障高度是影响风障减风效果的主要参数之一，当桥上或堤岸线上风障高度达2m以上时，风障的减风效果显著。本节选用丫1.8m高度风障、2.4m高度风障、3ni高度风障，透风率均为0.5。本节对比分析研究了0.4、0.5、0.6三种透风率的风障对高速公路路堤段区域气流场的影响，得出结论：1、同一风障高度条件下，不同透风率的风障在路堤背风侧形成的低风速区范围其风速值不同。0.4透风率时，低风速区的范围最大，风速值为2m/s左右；0.5透风率时，低风速区范围稍小，风速值为lm/s~4m/s;0.6透风率时，其低风速区范围最小，风速值在4m/s左右。 2、同一风障高度条件下，风障在路面高度以上5m范围内（z=3m-8m),起到了减风的作用。不同透风率的风障的减风效果是不同的。0.4透风率风障的减风效果最好，0.5透风率风障的减风效果次之，0.6透风率风障的减风效果最小。5结论与展望5.1结论为了研究风障对高速公路桥梁段和路堤段区域气流场的影响，本文査阅了大量文献，整理和总结了相关的理论基础知识与数值模拟方法。利用动网格技术分别模拟了车辆在高速公路路堤段和桥梁段上的运动。引入了凤速变化系数、风障减风效果两个参数，分别描述所研究区域气流场风速的变化和风障的减风作用。分析了车辆行驶对无风障桥梁区域气流场的影响，不同透风率和不同高度的风障对高速公路路堤段、桥梁段区域气流场的影响，主要得出以下结论：1、车辆行驶使桥梁区域气流场的分布变得复杂，其影响范围主要集中在桥面附近区域及桥梁背风侧一定范围内，此影响范围不能忽略。 2、研究了0.4、0.5、0.6三种透风率的风障对桥梁区域气流场的影响。(1)高度为2.4m的条件下，在桥面高度以上5m范围内（2=8m?13m)，风障起到了阻碍来流风速的作用，形成了低风速区，且不同透风率风障的减风效果是不同的：0.4透风率风障的减风效果为19.7%-93.6%，0.5透风率风障的减风效果为14.1%-93.4%，0.6透风率风障的减风效果为10.2%-55.9%。(2)高度为2.4m的条件下，在桥梁背风侧，风障的存在使原本就复杂的桥梁背风侧气流运动更加复杂。不同透风率风障条件下所产生了漩涡也不相同，透风率越小的风障，其与桥梁及来流的叠加作用越明显，桥梁背风侧的漩涡越复杂。5.2展望本文利用数值模拟技术模拟风障对高速公路路堤与桥梁区域气流场的影响，取得了一些研究成果。但在以下方面还需进一步研究。1、开展试验研究。本文选用CFD数值模拟技术分析研究所得到的结果需要与高速公路区域风速实测结果进行对比，以校核和进一步完善数值模拟结果。 2、选用实际地貌类型代替地貌粗糙度类别，比较真实地数值模拟实际高速公路路堤段和桥梁段区域流场的变化。3、研究车辆行驶过程中排放的尾气及其他污染物在高速公路桥区域流场中的扩散情况。