多年冻土区高速公路通风管路基空气流动特性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhiyouyiren
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通风管路基作为一种主动冷却路基的工程措施,已被证明取得了良好的效果。本文通过数值模拟技术,结合青藏高速公路试验工程的实测数据,通过对整体式修筑的通风管路基,分离式修筑的半幅、全幅通风管路基,通风管内空气流动特性,量值特征,流动机理的系统研究,为改良、优化通风管路基的工程条件、通风管的设计参数提供理论依据,使调控技术能满足高速公路更高技术标准的要求,并得到了以下主要结论:  1.通风管管内空气流动特性可以从机理上对流换热机理研究提供支持。通过数值模拟计算,对于分离式修筑的半幅通风管路基结构管内空气的流动特征以及量值特征进行了系统研究,结果表明:当外界环境风速一定时,通风管内不同区域空气流动特征显著不同,表现为较为明显的三段性,将其分为入口扰动区,完全湍流区,出口射流区,其形态特性和量值特征有很大差别。入口扰动区空气在管内紊流流动,纵向波动范围最广,波动幅度最大;完全湍流区空气的运动轨迹最平缓;射流影响区空气为湍流流动,波动强度相对完全湍流区明显增大,纵向波动范围也显著增强。  2.通风管路基工程条件、通风管的设计参数对管内空气流速影响显著。在冻土区高速公路管道通风路基的设计要求条件下,工程条件对于通风管管内空气流动速度的影响,表现为,管内空气流速随着路堤边坡坡度的降低、路堤高度的增加、通风管埋深的降低、路堤宽度的减小而增大;设计参数对于通风管管内空气流动速度的影响,总体上表现为,管内空气流动速度随着管口伸出路基长度的减小、管壁粗糙度的降低、管径的增加而增大。  3.整体式修筑的通风路基,在环境风速一定时,管内空气流速随着路基高度的增加而线性增加。分离式修筑的全幅通风路基,两个半幅通风路基结构分离距离不同路基之间均出现了空气的涡流、环流运动,涡流、环流的运动范围、运动轨迹的曲率半径均随着两个半幅路基结构间距的增加而增大。对于通风路基结构高度的影响,表现为,当两个半幅路基结构的分离距离小于5m时,路基高度的增加增大了通风管1与通风管2管内空气流动速度量值上的差距,当两个半幅路基结构的分离距离大于或者等于5m时,由路基高度增加导致的通风管1、2管内流速差异性将显著降低。  4.基于通风管路基的温度场的分布在垂直路堤走向方向的不对称,以及降温效能不足的问题,提出了鸭嘴型通风管、弧形挡板通风管、凳子型挡板通风管三种通风管结构,并对通风管管内空气流动特性进行了分析,结果表明,鸭嘴型通风管通过上管壁对空气的阻碍作用提高入口空气压力,上管壁的流线型设计改善空气流动途径、减少了管口空气局部能量损失,并减小了空气紊流的影响范围,这些作用的进一步叠加,从而使管内空气的流速和流量大幅度增加。
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