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導(dǎo)風(fēng)式防眩板對(duì)公路風(fēng)吹雪雪害影響的仿真分析

摘要：針對(duì)導(dǎo)風(fēng)式防眩板這一公路風(fēng)吹雪雪害防治措施，導(dǎo)風(fēng)對(duì)公的仿基于交通設(shè)施誘發(fā)公路風(fēng)吹雪雪害形成機(jī)理，式防采用計(jì)算機(jī)仿真方法，眩板雪害析通化市政橋墩防撞設(shè)施選擇整體式路堤這種典型的吹雪路基斷面形式，定量分析不同的影響風(fēng)速、導(dǎo)風(fēng)式防眩板設(shè)置參數(shù)下整體式路堤斷面的真分風(fēng)速流場(chǎng)特性及影響關(guān)系，為多雪地區(qū)公路路基斷面及防眩設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)的導(dǎo)風(fēng)對(duì)公的仿理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：公路;風(fēng)吹雪;導(dǎo)風(fēng)式防眩板;路堤;仿真分析;

公路風(fēng)吹雪是式防一種極其復(fù)雜的非典型氣固兩相流運(yùn)動(dòng)，影響其形成和發(fā)展的眩板雪害析因素很多，各因素又相互關(guān)聯(lián)且隨機(jī)變化，吹雪機(jī)理十分復(fù)雜。影響研究表明，真分在風(fēng)雪流的導(dǎo)風(fēng)對(duì)公的仿作用下，造成公路路面局部積雪的式防厚度是自然降雪的3～8倍[1]。風(fēng)吹雪雪害已是眩板雪害析長(zhǎng)期困擾我國(guó)東北、華北、西北和西南地區(qū)公路建設(shè)、運(yùn)輸?shù)碾y題。

目前境外對(duì)風(fēng)吹雪雪害的防治技術(shù)已進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，但主要以防雪林、防雪柵為主，主要成果集中在日本、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家(地區(qū))[2]。如美國(guó)學(xué)者TablerRD提出了各類經(jīng)濟(jì)有效的擋雪措施并詳細(xì)闡述了各類擋雪措施的作用機(jī)理、設(shè)計(jì)方法以及適用范圍[3,4];Sundsbo等提出了擋雪柵欄的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法[5]。此外，日本還提出了一套完整的關(guān)于防雪林的建設(shè)體系，同時(shí)采用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法研究了防雪林的設(shè)計(jì)問(wèn)題[6]。境內(nèi)王中隆出版了我國(guó)第一本風(fēng)雪流專著《中國(guó)風(fēng)雪流及其防治研究》,通化市政橋墩防撞設(shè)施書(shū)中比較集中地體現(xiàn)了我國(guó)風(fēng)雪流的研究成果[7];張霞總結(jié)出了防雪林、淺槽風(fēng)力加速堤、掛草網(wǎng)圍欄、路側(cè)草地利用、防雪杖、儲(chǔ)雪溝和路側(cè)微細(xì)地貌結(jié)構(gòu)利用路側(cè)設(shè)施和措施的設(shè)計(jì)與設(shè)置要點(diǎn)[8]。綜上所述，境內(nèi)外對(duì)防眩板等交通設(shè)施引發(fā)風(fēng)吹雪雪害的研究還較少，對(duì)交通設(shè)施的適用性欠缺深入分析。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)GG10國(guó)道5國(guó)道302等多條公路路段雪害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查區(qū)各路段因交通安全設(shè)施誘發(fā)的平均雪害里程數(shù)為17.3km、個(gè)別雪害路段因交通安全設(shè)施誘發(fā)的雪害里程數(shù)超過(guò)了30km,其中由防撞護(hù)欄、防眩板作為主要誘因誘發(fā)雪害的路段275段，占交通安全設(shè)施誘發(fā)雪害路段的83%,即防撞護(hù)欄、防眩板的設(shè)置對(duì)公路風(fēng)吹雪雪害產(chǎn)生了明顯的影響。

按照《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD2017)的要求，防眩設(shè)施既要有效地遮擋對(duì)向車(chē)輛前照燈的眩光，也要滿足橫向通視好、能看到斜前方，并對(duì)駕駛?cè)诵睦碛绊懶〉囊骩9]。同時(shí)，設(shè)置防眩設(shè)施要遵循經(jīng)濟(jì)合理的原則。由于我國(guó)東西部發(fā)展不平衡，且南北、東西氣候條件差異比較大，原則上要因地制宜地考慮防眩設(shè)施的設(shè)置及形式[9]。因此本文按照現(xiàn)行規(guī)范要求，根據(jù)伯努利方程原理，對(duì)中央分隔帶防眩設(shè)施結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使其能夠通過(guò)壓縮中央分隔帶處風(fēng)雪流流經(jīng)斷面的方法提升通過(guò)該處的風(fēng)雪流運(yùn)行速度、形成加速效應(yīng)，進(jìn)而使其具備導(dǎo)雪功能，以達(dá)到避免或減輕由于設(shè)置防眩設(shè)施而造成公路風(fēng)吹雪雪害的目的。

野外觀測(cè)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明，路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶對(duì)氣流的影響很大。以波型梁護(hù)欄(W板)為例，上風(fēng)側(cè)來(lái)流經(jīng)過(guò)邊坡加速后在護(hù)欄處受到阻礙，W板起到了類似導(dǎo)風(fēng)板的作用，使得氣流分為上下兩部分加速通過(guò)。由于下部間隙太小(0.45m),在效果上W板沒(méi)有發(fā)揮下導(dǎo)風(fēng)板的作用，加上由于立柱導(dǎo)致的圓柱繞流，大大增加了氣流的混亂程度，大量雪粒子的運(yùn)動(dòng)形式由躍移為主變?yōu)閼腋橹鳎欢S著風(fēng)雪流運(yùn)動(dòng)至路面中央，氣流速度和混亂程度均有所下降，大量懸移的雪粒子動(dòng)能減小，逐漸沉積下來(lái)形成積雪。因此，在加裝了路側(cè)護(hù)欄和中央隔離帶后，路堤的積雪明顯嚴(yán)重多了。而且從上風(fēng)側(cè)路基邊坡坡腳處的情況看，在中央和路側(cè)護(hù)欄的影響下，路堤雪害對(duì)雪源的要求也降低了，不需要足夠使上風(fēng)側(cè)雪面與路面等高的雪源，雪粒子也會(huì)在路面上形成大量堆積(見(jiàn)圖1)。

圖1路堤加裝路側(cè)護(hù)欄和中央隔離帶造成的積雪下載原圖

由于風(fēng)吹雪現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)受降雪量、風(fēng)力等諸多氣候因素限制，在有限的研究期內(nèi)難以獲取足夠的有效數(shù)據(jù)。而采用“數(shù)字風(fēng)洞”仿真實(shí)驗(yàn)具有不受季節(jié)、氣候、時(shí)間限制的特點(diǎn)[10,11,12]12],還可以根據(jù)研究需要隨時(shí)改變模型的各類參數(shù)等，因此本文采用流體力學(xué)仿真軟件建立雪害仿真模型，分析導(dǎo)風(fēng)式防眩板對(duì)風(fēng)吹雪雪害的影響機(jī)理。

本仿真實(shí)驗(yàn)采用雷諾時(shí)均法(RANS)作為湍流數(shù)值模擬方法，并取標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型來(lái)計(jì)算。

任何流動(dòng)問(wèn)題都必須滿足質(zhì)量守恒定律。這一定律的方程表示為質(zhì)量守恒方程，又稱連續(xù)性方程：

?ρ?t+??(ρV)=0?ρ?t+??(ρV)=0

動(dòng)量守恒定律也是任何流動(dòng)問(wèn)題都必須滿足的基本定律。動(dòng)量守恒方程簡(jiǎn)稱動(dòng)量方程，還稱為Navier-Stokes方程，簡(jiǎn)稱N-S方程。該方程是描述黏性流體流動(dòng)的基本微分方程，對(duì)湍流的描述較為合理。動(dòng)量方程(N-S方程)可表示為：

?(ρV)?t+??(ρV?V)=fb???(ρI)+??T?(ρV)?t+??(ρV?V)=fb-??(ρΙ)+??Τ

式中：?=i??x+j??y+k??z?=i??x+j??y+k??z,表示矢量在各方向的偏導(dǎo)數(shù)之和。

雷諾時(shí)均法(RANS)是目前最為廣泛的湍流數(shù)值模擬方法，它是將動(dòng)量方程時(shí)均化，避免采用直接數(shù)值模擬DNS(DirectNumericalSimulation,簡(jiǎn)稱DNS)。具體來(lái)說(shuō)，RANS方法就是將湍流運(yùn)動(dòng)分解為平均量和湍流量?jī)刹糠?，再代入N-S方程進(jìn)行時(shí)均計(jì)算。

雷諾分解：φ=φˉˉ+φ′φ=φˉ+φ′

式中：φ為速度、壓力或濃度；φˉˉφˉ為速度、壓力或濃度的平均值；φ′為速度、壓力或濃度的脈動(dòng)量。

代入求得時(shí)均化N-S方程：

?ρ?t+??(ρVˉˉˉ)=0?ρ?t+??(ρVˉ)=0

?(ρVˉˉˉ)?t+??(ρVˉˉˉ?Vˉˉˉ)=fb???(ρˉI)+??(T+Tt)?(ρVˉ)?t+??(ρVˉ?Vˉ)=fb-??(ρˉΙ)+??(Τ+Τt)

式中：Tt為雷諾應(yīng)力項(xiàng)。

對(duì)比原始N-S方程，RANS方程僅多出未知的雷諾應(yīng)力項(xiàng)Tt,因此需要使用湍流模型描述雷諾應(yīng)力項(xiàng)，從而封閉該方程使之可以求解。

湍動(dòng)能k的輸運(yùn)方程：

??t(ρk)+??(ρkVˉˉˉ)=??[(μ+μtσk)?k]+Pk?ρ(ε?ε0)+Sk??t(ρk)+??(ρkVˉ)=??[(μ+μtσk)?k]+Ρk-ρ(ε-ε0)+Sk

耗散率ε的輸運(yùn)方程：

??t(ρε)+??(ρεVˉˉˉ)=??[(μ+μtσε)?ε]+1TeCε1Pε?Cε2f2ρ(εTe?ε0T0)+Sε??t(ρε)+??(ρεVˉ)=??[(μ+μtσε)?ε]+1ΤeCε1Ρε-Cε2f2ρ(εΤe-ε0Τ0)+Sε

工程上普遍使用的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型(SKE)如下。

在湍動(dòng)能k的輸運(yùn)方程中：

Pk=Gk+Gnl+Gb+YM

在耗散率ε的輸運(yùn)方程中：

Pε=Gk+Gnl+Cε3Gb

綜上，公路風(fēng)吹雪流場(chǎng)的數(shù)值模擬是以繞流風(fēng)的連續(xù)性方程及動(dòng)量守恒方程為基本控制方程，并采用離散化的數(shù)值模擬方法求解流場(chǎng)[13]。

本公路風(fēng)吹雪雪害仿真實(shí)驗(yàn)在建模階段主要考慮路基模型、導(dǎo)風(fēng)式防眩板安裝高度、入風(fēng)口、出風(fēng)口以及計(jì)算邊界，在模型建立過(guò)程中舍去了螺栓等零碎部件細(xì)節(jié)。

由于研究不同風(fēng)速和不同導(dǎo)風(fēng)式防眩板安裝高度下，整體式路基斷面的風(fēng)速流場(chǎng)分布情況，故導(dǎo)風(fēng)式防眩板設(shè)置參數(shù)(見(jiàn)圖圖3)如下：

V為風(fēng)速，取5.4m/s、10.7m/s、17.1m/s;

h1為下風(fēng)側(cè)路基導(dǎo)風(fēng)式防眩板安裝高度，取0.45m;

h2為上風(fēng)側(cè)路基導(dǎo)風(fēng)式防眩板安裝高度，取1.8m、1.9m、2.0m、2.1m、2.2m。

圖2導(dǎo)風(fēng)式防眩板模型下載原圖

單位：mm

圖3設(shè)置導(dǎo)風(fēng)式防眩板的路基橫斷面模型下載原圖

單位：cm

計(jì)算域大小取為：400m×300m×150m。計(jì)算域長(zhǎng)400m,其中路基斷面距入風(fēng)口約100m,距出風(fēng)口約300m;計(jì)算域?qū)捜?00m,整個(gè)計(jì)算域高度取150m。計(jì)算中所有工況均為三維模型，風(fēng)向沿x軸方向，如圖4所示流場(chǎng)域，流場(chǎng)設(shè)置：入風(fēng)口、出風(fēng)口、地面、頂面及側(cè)面。路基模型與交通安全設(shè)施布置在流場(chǎng)域中，路基線路沿y軸方向，整體式路基斷面如圖5所示。

圖4流體域(400m×300m×150m)下載原圖

圖5路基斷面下載原圖

選取路基斷面風(fēng)速流場(chǎng)中上、下風(fēng)側(cè)的行車(chē)道中心、中央分隔帶外緣和土路肩外緣6處，為風(fēng)速的控制點(diǎn)(或觀測(cè)點(diǎn))。風(fēng)速控制點(diǎn)的橫向位置沿路基斷面由上風(fēng)側(cè)至下風(fēng)側(cè)，橫向具體位置信息，如圖6所示?？刂泣c(diǎn)豎向方向距離地面為0m,即控制點(diǎn)位于路面上。風(fēng)速控制點(diǎn)的縱向位置即路基斷面的選取位置，位于整個(gè)護(hù)欄系統(tǒng)中心位置，且為立柱之間的橫梁中心點(diǎn)或?qū)эL(fēng)板中心點(diǎn)，如圖7所示。各風(fēng)速控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)如表1所示。

根據(jù)《公路交通安全設(shè)施細(xì)則》(JTG/TD2017)路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶護(hù)欄采用A級(jí)波形梁護(hù)欄，防眩板采用現(xiàn)行的普通式直板型防眩板[14],

圖6整體式路基斷面風(fēng)速控制點(diǎn)下載原圖

單位：cm

圖7路基斷面選取位置下載原圖

表1整體式路基斷面風(fēng)速點(diǎn)空間坐標(biāo)導(dǎo)出到EXCEL

位置

X/m

Y/m

Z/m

P1

-13.5

2

0

P2

-6

2

0

P3

-1.5

2

0

P4

1.5

2

0

P5

6

2

0

P6

13.5

2

0

防眩板頂端距地高度設(shè)為1.8m,其他參數(shù)則需要設(shè)為一致，確定交通設(shè)施安裝位置，路堤坡度設(shè)為1∶2,分析在入口風(fēng)速分別為V=5.4m/s、10.7m/s、17.1m/s下的各控制點(diǎn)的風(fēng)速及整體風(fēng)速云圖，從而得出交通基礎(chǔ)設(shè)施在不同入口風(fēng)速條件下對(duì)風(fēng)雪流場(chǎng)的影響情況。

普通式直板型防眩板6處控制點(diǎn)的風(fēng)速值見(jiàn)表2,沿氣流方向繪制出的風(fēng)速曲線見(jiàn)圖8,仿真得到的風(fēng)速云圖見(jiàn)圖9。

表2普通式直板型防眩板各控制點(diǎn)風(fēng)速值導(dǎo)出到EXCEL

位置

X/m

以下風(fēng)速值(m/s)各控制點(diǎn)計(jì)算風(fēng)速值/(m/s)

5.4

10.7

17.1

P1

-13.5

5.640

11.292

18.116

P2

-6

2.889

5.846

9.426

P3

-1.5

1.555

3.170

5.107

P4

1.5

1.293

2.632

4.209

P5

6

0.872

1.801

2.848

P6

13.5

0.441

0.957

0.732

圖8普通式直板型防眩板控制點(diǎn)風(fēng)速曲線下載原圖

圖9普通式防眩板下的風(fēng)速云圖下載原圖

根據(jù)圖8和圖9分析可知，來(lái)流風(fēng)通過(guò)路側(cè)護(hù)欄時(shí)，受波形梁護(hù)欄斷面形狀影響，形成護(hù)欄上端及下端兩段分離流，護(hù)欄上部分離流上仰并加速，護(hù)欄下端分離流吹至路基并加速，因護(hù)欄背部受擋，形成一段距離的低速帶。受路側(cè)護(hù)欄處漩渦影響，導(dǎo)致上風(fēng)側(cè)土路肩處控制點(diǎn)風(fēng)速出現(xiàn)了降低，同時(shí)也由于路側(cè)護(hù)欄、中央分隔帶護(hù)欄對(duì)路面風(fēng)速流場(chǎng)的疊加影響，路面上方出現(xiàn)大范圍的弱風(fēng)區(qū)，使得中央分隔帶護(hù)欄下部的加速作用不明顯。此外，在不同的入口風(fēng)速的條件下，來(lái)風(fēng)經(jīng)過(guò)整體式路堤斷面總體上風(fēng)速呈下降趨勢(shì)，其中入口風(fēng)速越大，降低幅度越明顯，故易使大量雪粒子堆積在公路行車(chē)道上，從而導(dǎo)致風(fēng)吹雪雪害的發(fā)生。

研究模擬不同入口風(fēng)速對(duì)風(fēng)雪流場(chǎng)的影響，其他參數(shù)則需要設(shè)為一致，即確定導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2的安裝高度，路堤坡度設(shè)為1∶2,分析在不同入口風(fēng)速分別為V=5.4m/s、10.7m/s、17.1m/s下的各控制點(diǎn)的風(fēng)速及整體風(fēng)速云圖，從而分析得出相同條件下不同入口風(fēng)速對(duì)風(fēng)雪流場(chǎng)的影響情況。

(1)當(dāng)導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2=1.8m時(shí)，仿真得到的各控制點(diǎn)風(fēng)速值見(jiàn)表3,由各控制點(diǎn)繪制出的風(fēng)速曲線如圖10所示，仿真得到的風(fēng)速云圖見(jiàn)圖11。

表3導(dǎo)風(fēng)式防眩板各控制點(diǎn)風(fēng)速值(h2=1.8m)導(dǎo)出到EXCEL

位置

X/m

以下風(fēng)速值(m/s)各控制點(diǎn)計(jì)算風(fēng)速值/(m/s)

5.4

10.7

17.1

P1

-13.5

5.472

10.957

17.547

P2

-6

2.716

5.496

8.835

P3

-1.5

1.252

2.557

4.108

P4

1.5

2.543

5.115

8.065

P5

6

0.966

1.963

2.981

P6

13.5

0.451

0.893

1.731

圖10導(dǎo)風(fēng)式防眩板控制點(diǎn)風(fēng)速曲線圖(h2=1.8m)下載原圖

圖11導(dǎo)風(fēng)式防眩板下的風(fēng)速云圖(h2=1.8m)下載原圖

(2)當(dāng)導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2=1.9m時(shí)，仿真得到的各控制點(diǎn)風(fēng)速值見(jiàn)表4,由各控制點(diǎn)繪制出的風(fēng)速曲線如圖12所示，仿真得到的風(fēng)速云圖見(jiàn)圖13。

表4導(dǎo)風(fēng)式防眩板各控制點(diǎn)風(fēng)速值(h2=1.9m)導(dǎo)出到EXCEL

位置

X/m

以下風(fēng)速值(m/s)各控制點(diǎn)計(jì)算風(fēng)速值/(m/s)

5.4

10.7

17.1

P1

-13.5

5.446

10.905

17.458

P2

-6

2.690

5.444

8.746

P3

-1.5

1.230

2.511

4.033

P4

1.5

2.621

5.268

8.292

P5

6

1.002

2.036

3.078

P6

13.5

0.500

0.992

1.850

圖12導(dǎo)風(fēng)式防眩板控制點(diǎn)風(fēng)速曲線圖(h2=1.9m)下載原圖

圖13導(dǎo)風(fēng)式防眩板下的風(fēng)速云圖(h2=1.9m)下載原圖

(3)當(dāng)導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2=2.0m時(shí)，仿真得到的各控制點(diǎn)風(fēng)速值見(jiàn)表5,由各控制點(diǎn)繪制出的風(fēng)速曲線如圖14所示，仿真得到的風(fēng)速云圖見(jiàn)圖15。

表5導(dǎo)風(fēng)式防眩板各控制點(diǎn)風(fēng)速值(h2=2.0m)導(dǎo)出到EXCEL

位置

X/m

以下風(fēng)速值(m/s)各控制點(diǎn)計(jì)算風(fēng)速值/(m/s)

5.4

10.7

17.1

P1

-13.5

5.423

10.859

17.375

P2

-6

2.662

5.388

8.650

P3

-1.5

1.211

2.474

3.969

P4

1.5

2.690

5.402

8.488

P5

6

1.011

2.054

3.094

P6

13.5

0.540

1.070

1.935

圖14導(dǎo)風(fēng)式防眩板控制點(diǎn)風(fēng)速曲線圖(h2=2.0m)下載原圖

圖15導(dǎo)風(fēng)式防眩板下的風(fēng)速云圖(h2=2.0m)下載原圖

(4)當(dāng)導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2=2.1m時(shí)，仿真得到的各控制點(diǎn)風(fēng)速值見(jiàn)表6,由各控制點(diǎn)繪制出的風(fēng)速曲線如圖16所示，仿真得到的風(fēng)速云圖見(jiàn)圖17。

表6導(dǎo)風(fēng)式防眩板各控制點(diǎn)風(fēng)速值(h2=2.1m)導(dǎo)出到EXCEL

位置

X/m

以下風(fēng)速值(m/s)各控制點(diǎn)計(jì)算風(fēng)速值/(m/s)

5.4

10.7

17.1

P1

-13.5

5.399

10.810

17.289

P2

-6

2.637

5.338

8.565

P3

-1.5

1.196

2.443

3.917

P4

1.5

2.766

5.551

8.717

P5

6

1.003

2.040

3.083

P6

13.5

0.574

1.139

2.007

圖16導(dǎo)風(fēng)式防眩板控制點(diǎn)風(fēng)速曲線圖(h2=2.1m)下載原圖

圖17導(dǎo)風(fēng)式防眩板下的風(fēng)速云圖(h2=2.1m)下載原圖

(5)當(dāng)導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2=2.2m時(shí)，仿真得到的各控制點(diǎn)風(fēng)速值見(jiàn)表7,由各控制點(diǎn)繪制出的風(fēng)速曲線如圖18所示，仿真得到的風(fēng)速云圖見(jiàn)圖19。

表7導(dǎo)風(fēng)式防眩板各控制點(diǎn)風(fēng)速值(h2=2.1m)導(dǎo)出到EXCEL

位置

X/m

以下風(fēng)速值(m/s)各控制點(diǎn)計(jì)算風(fēng)速值/(m/s)

5.4

10.7

17.1

P1

-13.5

5.371

10.754

17.191

P2

-6

2.612

5.285

8.474

P3

-1.5

1.180

2.409

3.860

P4

1.5

2.831

5.675

8.897

P5

6

1.021

2.075

3.141

P6

13.5

0.606

1.202

2.092

圖18導(dǎo)風(fēng)式防眩板控制點(diǎn)風(fēng)速曲線圖(h2=2.2m)下載原圖

圖19導(dǎo)風(fēng)式防眩板下的風(fēng)速云圖(h2=2.2m)下載原圖

為研究模擬不同導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2的安裝高度對(duì)風(fēng)雪流場(chǎng)的影響，需要將其他參數(shù)設(shè)為一致，故確定相同的入口風(fēng)速V,路堤坡度設(shè)為1∶2,分別分析在安裝高度h2=1.8m、1.9m、2.0m、2.1m、2.2m下的各控制點(diǎn)的風(fēng)速，并用平滑的曲線連接各控制點(diǎn)風(fēng)速，得出路面整體的風(fēng)速變化圖，從而得出相同條件下不同安裝高度h2對(duì)風(fēng)雪流場(chǎng)的影響情況。

根據(jù)仿真計(jì)算得到的表2至表7中的數(shù)據(jù)，分別繪制出V=5.4m/s、10.7m/s、17.1m/s下的不同安裝高度h2下路面整體的風(fēng)速變化圖，依次見(jiàn)圖圖21和圖22。

圖20V=5.4m/s時(shí)不同安裝高度h2下路面整體的風(fēng)速變化下載原圖

圖21V=10.7m/s時(shí)不同安裝高度h2下路面整體的風(fēng)速變化下載原圖

圖22V=17.1m/s時(shí)不同安裝高度h2下路面整體的風(fēng)速變化下載原圖

根據(jù)圖圖21以及圖22所示的整體式路堤路面的風(fēng)速變化圖，在相同的入口風(fēng)速V,不同安裝高度h2=1.8m、1.9m、2.0m、2.1m、2.2m的情況下，來(lái)流風(fēng)經(jīng)導(dǎo)風(fēng)式防眩板流過(guò)下風(fēng)側(cè)中央分隔帶底部的風(fēng)流量增大，下風(fēng)側(cè)中央分隔帶外緣處路面控制點(diǎn)風(fēng)速增大，下風(fēng)側(cè)路面風(fēng)速增大。此外，不同安裝高度h2風(fēng)速變化趨勢(shì)總體相同，由于在上風(fēng)側(cè)只受路側(cè)護(hù)欄的影響，從路側(cè)護(hù)欄至上風(fēng)側(cè)中央分隔帶外緣這一區(qū)域的整體風(fēng)速變化基本不受導(dǎo)風(fēng)式防眩板安裝高度的影響。在氣流經(jīng)過(guò)導(dǎo)風(fēng)式防眩板時(shí)，由于過(guò)流斷面減小，在護(hù)欄底部形成加速區(qū)，導(dǎo)致下風(fēng)側(cè)中央分隔帶外緣處路面風(fēng)速大幅度增大，下風(fēng)側(cè)行車(chē)道風(fēng)速也相應(yīng)增大。但是因?yàn)閷?dǎo)風(fēng)防眩板具有一定面積的截面形狀，它同時(shí)也加劇了上風(fēng)側(cè)風(fēng)速變化趨勢(shì)，因此上風(fēng)側(cè)土路肩至上風(fēng)側(cè)車(chē)道風(fēng)速比安裝普通式直板型防眩板的情況都有所降低。隨著安裝高度h2的增大，經(jīng)導(dǎo)風(fēng)式防眩板流過(guò)下風(fēng)側(cè)中央分隔帶底部的風(fēng)流量增大，下風(fēng)側(cè)中央分隔帶外緣處路面控制點(diǎn)風(fēng)速增大，下風(fēng)側(cè)路面風(fēng)速增大?；诖耍谑茱L(fēng)吹雪雪害影響較輕的地區(qū)，安裝導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2的高度可以選取下限值；在受風(fēng)吹雪雪害影響嚴(yán)重的地區(qū)，安裝導(dǎo)風(fēng)式防眩板h2的高度可以在綜合導(dǎo)風(fēng)式防眩板成本的條件下盡可能提高安裝高度。

本文基于公路風(fēng)吹雪雪害形成機(jī)理，采用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的方法，通過(guò)建立公路斷面模型、導(dǎo)風(fēng)式防眩板設(shè)置參數(shù)，經(jīng)建模、網(wǎng)格劃分和流體計(jì)算等步驟獲得了不同風(fēng)速和不同導(dǎo)風(fēng)式防眩板安裝高度下整體式路基斷面各風(fēng)速點(diǎn)的風(fēng)速流場(chǎng)數(shù)據(jù)及風(fēng)速云圖、風(fēng)速變化圖。由仿真結(jié)果可知，導(dǎo)風(fēng)式防眩板可以提升風(fēng)雪流經(jīng)過(guò)路面時(shí)的風(fēng)速，具有一定導(dǎo)雪的功能；由于來(lái)流風(fēng)越大，導(dǎo)風(fēng)式防眩板提升效果越明顯，故在風(fēng)速較大的區(qū)域推薦使用導(dǎo)風(fēng)式防眩板。盡管導(dǎo)風(fēng)式防眩板的安裝高度越高，導(dǎo)雪效果越好，但應(yīng)該綜合地形、防眩板的成本、風(fēng)速等因素合理設(shè)置安裝高度。

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