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通风管路基是多年冻土区道路工程中主动冷却路基中一种重要工程措施。通风管中空气流动的过程和特性,对该种措施设计参数的设定、降温效能的评价具有重要影响。本论文通过对青藏高原北麓河试验场综合气象站风速资料的分析,以及对青藏铁路通风管路基、青藏高等级公路通风路基试验场,在不同风场条件、不同通风管工程结构条件下通风管内风速的系统观测,同时结合数值模拟,对通风管内空气的流动和路基温度变化特征进行了系统分析,得到以下结果:
1.试验场的夏季盛行东风风速较小,风向不稳定,而冬季盛行西风,风速较强,风向较稳定。自然风场的风速、风向与通风管中风速关系符合u=k1U10=k2cos(β)U的规律,其中U是自然风速,β是风向与通风管轴向的夹角,系数k2是路基和通风管结构以及地形地势、空气性质的综合反映。
2.对通风管中风速的观测结果显示,路基高度或通风管的埋设高度较大、管径较大的管内风速大于路基高度和通风管高度较低、管径较小的通风管中的风速。
3.数值模拟的结果表明,通风管路基工程参数改变会对通风管内风速产生影响。在相同条件下,随着通风管在路堤内埋设高度的增加,管中的风速随之增加;通风管内径对雷诺数和管道中空气流态都有影响,随着管径的增大,通风管中的风速呈现快速增长的态势,且风速越大该种影响越明显;通风管在路基以外的露头长度对通风管中风速的影响很小;通风管管间距对通风管中的风速也有影响,当管径不变但管间距增大时,通风管中的风速也在增加。
4.路堤工程参数改变也会对通风管内风速产生影响。在相同条件下,随着路基高度增加,通风管中的风速也在增加,但是当路基高度达到4m以后管中风速不再随着路基高度的增加而增加;只改变路基边坡斜率,边坡越陡,通风管中的风速越大;路面宽度决定了通风管的长度,随着路基宽度增加,通风管中的风速明显减小。
5.通过对通风管路基温度的实测资料分析发现,早上4点到6点之间通风管中温度和气温的达到全天的最低值,而最高温出现在下午16点。通风管中的日温度变化幅度小于当地的日温差。通风管中白天的最高温度与外面气温相近,但气温和通风管中温度达到最低时,管中度温明显高于环境气温,二者温度差达到全天中的最大值,这个时间段正是通风管发挥降温效果最充分的时间。由于通风管路基两侧坡面温度不同的影响,通风管东侧壁面的温度普遍要高于西侧。
6.路基填土距离管壁越近,日温度变化越大,距离管壁超过0.5m后,路基土体基本没有日温差的变化,而是表现出相对稳定的温度状态,仅仅随着近期季节气候的变化发生缓慢改变。相比较于通风管以下的土体,通风管以上部位的土体温度变化受到路面和坡面温度变化的影响更大。当通风管周围的填土冻结以后,通风管周围路基填土的温度降得更明显,通风管的降温效果明显加强。