高速公路建設對區域氣流場影響的研究

《高速公路建設對區域氣流場影響的研究》是依託北京交通大學，由賈影擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高速公路建設對區域氣流場影響的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賈影
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

高速公路建設是與自然環境密切相關的工程，在促進經濟發展與方便人民生活的同時，一定程度上也對自然生態環境造成負面影響，包括對所在區域空氣環境的影響。高速公路建設對區域空氣環境產生影響的原因主要有：高速公路的建設使區域氣流場失去原有的穩定狀態；外來氣流場（汽車尾氣等）的輸入增加了區域空氣污染的程度。目前，關於前者的研究還不太成熟；關於後者主要是採用線源擴散模式進行研究，為定性評價環境質量提供依據。本項目的主要研究內容為：採用可實現的k-ε模型與大渦模擬相結合的方法，建立高速公路周邊區域的氣流場模型，模擬其氣流場的變化；根據計算流體力學的原理，建立數學模型，研究有外來氣流場輸入時，氣流擴散的規律；將計算結果與採用線源擴散模式的計算結果進行分析比較，為空氣環境評價方法由定性到定量、評價過程數學模型化提供可靠的依據；風洞試驗。本項目的研究成果將對改善高速公路周邊區域的生態環境產生較大的促進作用。

結題摘要

高速公路的建設與使用改變了所在區域原有相對穩定的氣流場，外來氣流如機動車尾氣、揚塵等污染物在複雜流場中的擴散，加劇了公路沿線的大氣環境污染。所以研究高速公路建設對區域氣流場的影響是很有意義的。 項目的主要研究內容：採用可實現的k-ε模型，建立高速公路周邊區域的氣流場模型，分析其氣流場的變化；研究有外來氣流輸入時，氣流擴散的規律；高速公路區域流場實測數據與數值計算結果對比分析。重要研究結果如下。 高速公路路堤段氣流場變化規律： 1、無車輛行駛時，流場顯著變化範圍由來流側距路堤110米到背風側距路堤140米處；高於路面5米以上時，流場趨於平穩。 2、隨著邊坡坡度的增大，來流側和背風側流場趨於平穩所需的距離增大。 3、地面粗糙度對流場分布的影響主要集中於路堤的前緣區域和路面區域。 4、有車輛行駛時，腳踏車沿路堤長度方向對流場的影響在車後25m到35m範圍內；沿路堤高度方向對流場的影響在高於路面7m範圍內。車隊沿路堤高度方向對流場的影響在高於路面18m範圍內。 5、車輛背風側形成複雜、尺度很大的漩渦，流速劇烈下降；而車輛上方流速變大。 6、車輛尾氣排放對流場的影響在距車輛約2m的半徑範圍內。 7、風障與路堤共同作用下氣流在路堤背風側發生鈍體繞流現象，產生漩渦。隨著風障高度的增加，路堤背風側的渦流範圍也變大，且逐漸遠離路堤。 高速公路路橋樑段氣流場變化規律： 1、無車輛行駛時，流場顯著變化範圍從來流側距橋樑25m到背風側距橋樑60m處；高於橋面10m以上流場趨於平穩。 2、橋墩前側存在扇形影響區域，後側存在尾流影響區，橋墩之間流速出現階段性突變，流速最大值出現在跨中位置處。隨著地表粗糙長度的增大，尾流區的流速分布紊亂，流速變小。 3、橋樑周邊地形起伏顯著時，對橋底和橋面上方區域流場的影響較大。流場旋渦發展劇烈，流向混亂，橋底區域的流場分布複雜。旋渦處風速較低，會對汽車尾氣等污染物產生滯留作用； 4、車輛行駛對橋樑區域流場的影響主要集中在橋面以上2m高度及橋樑背風側4.5m範圍內。