基于對(duì)流換熱系數(shù)修正的鋼箱梁溫度場(chǎng)研究

楊松 李文強(qiáng) 黃旭 歐陽(yáng)汛 朱金? 李永樂(lè)

(1.清華大學(xué) 水利水電工程系，北京 100084；2.中電建路橋集團(tuán)有限公司,北京 100084；3.西南交通大學(xué) 橋梁工程系,四川 成都 610031)

橋梁結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)設(shè)施，由于長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，受到周期性變化的氣溫、日照和強(qiáng)升降溫等因素的影響，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度，進(jìn)而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生次內(nèi)力[1- 5]。受到邊界約束的溫度變形常常會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，從而給橋梁結(jié)構(gòu)造成很大的危害[6- 8]。因此，從上世紀(jì)50年代起，各國(guó)學(xué)者就開(kāi)始對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)進(jìn)行了深入的研究，研究方法主要包括理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。管鑫敏[9]采用經(jīng)驗(yàn)公式建立混凝土箱梁的熱邊界條件，在此基礎(chǔ)上建立了混凝土箱梁在日照下溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力和溫度位移的數(shù)學(xué)模型，并得到了驗(yàn)證。郝超等[10]通過(guò)數(shù)值模擬分析了太陽(yáng)輻射、大氣日照溫度和風(fēng)速對(duì)鋼橋溫度場(chǎng)分布的影響。徐豐[11]通過(guò)對(duì)太陽(yáng)參數(shù)進(jìn)行分析得到了橋梁各板受到的輻射換熱值，進(jìn)而對(duì)混凝土箱梁有限元模型進(jìn)行了溫度場(chǎng)的時(shí)程計(jì)算和參數(shù)分析。梁春芳[12]提出了橋梁溫度效應(yīng)的全氣候分析方法，基于現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)建立了不同天氣下的邊界條件，并通過(guò)對(duì)比ANSYS計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證方法的可靠性。肖建莊等[13]分析了橋址區(qū)實(shí)測(cè)的太陽(yáng)輻射值、氣溫和風(fēng)速的分布特征，由此計(jì)算分析了橋梁結(jié)構(gòu)日照溫度作用。

橋梁結(jié)構(gòu)主要通過(guò)輻射換熱和對(duì)流換熱與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，而這兩種熱交換方式往往是相互影響的。因此，準(zhǔn)確模擬對(duì)流換熱對(duì)于橋梁溫致效應(yīng)的研究具有重要的意義。筆者通過(guò)調(diào)研大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算主梁截面各板表面對(duì)流換熱時(shí)，風(fēng)速的取值對(duì)于對(duì)流換熱系數(shù)具有重要的影響，是橋梁溫致效應(yīng)研究的關(guān)鍵參數(shù)之一。然而，目前針對(duì)主梁截面對(duì)流換熱的研究中，大部分學(xué)者忽略了主梁截面各板附近風(fēng)速的差異，僅有少數(shù)學(xué)者考慮了主梁截面各板附近風(fēng)速的差異及主梁截面對(duì)對(duì)流系數(shù)的影響。Mirambell等[14]在計(jì)算混凝土箱梁溫度效應(yīng)時(shí)，考慮到箱梁表面的形狀和粗糙度、流體的粘度和速度等因素的影響，對(duì)箱梁各板采用不同的對(duì)流系數(shù)計(jì)算公式。Riding等[15]在對(duì)流換熱計(jì)算中考慮了風(fēng)速、環(huán)境溫度和表面粗糙度對(duì)對(duì)流換熱系數(shù)的影響。楊寧[16]在計(jì)算鋼箱梁溫度分布時(shí)，考慮防護(hù)欄的遮擋作用，對(duì)橋面風(fēng)速乘以0.75的折減系數(shù)，由此計(jì)算了對(duì)流換熱系數(shù)。但是，上述研究并沒(méi)有給出主梁截面各板折減風(fēng)速及對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算方法和取值依據(jù)。實(shí)際上，由于受到主梁截面外形和橋面附屬設(shè)施的影響，主梁截面各板附近的風(fēng)速一般都小于橋址區(qū)的實(shí)測(cè)風(fēng)速，且各板附近的風(fēng)速存在一定的差異。忽略主梁截面外形和橋面附屬設(shè)施對(duì)風(fēng)速的影響，就很難準(zhǔn)確地計(jì)算出主梁截面的對(duì)流換熱系數(shù)，也就難以準(zhǔn)確地模擬橋梁的溫度效應(yīng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文以某山區(qū)大跨懸索橋的鋼箱梁為例，首先基于大型CFD商用軟件Fluent對(duì)鋼箱梁橋面板附近風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。同時(shí)，采用理論公式計(jì)算了鋼箱梁各板表面的熱邊界層高度，提取了該高度處的風(fēng)速進(jìn)行最小二乘擬合，得到風(fēng)速折減系數(shù)，并通過(guò)風(fēng)速的折減對(duì)鋼箱梁橋面板附近的對(duì)流系數(shù)進(jìn)行了修正。此外，本文還對(duì)比分析了不考慮對(duì)流系數(shù)的修正(即不考慮風(fēng)速折減)，考慮對(duì)流系數(shù)修正(施工態(tài)，無(wú)橋面附屬設(shè)施)，以及考慮對(duì)流系數(shù)修正(成橋態(tài)，有橋面附屬設(shè)施，是否包含橋面鋪裝)對(duì)鋼箱梁對(duì)流系數(shù)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，基于ANSYS有限元軟件進(jìn)一步對(duì)比研究了不同工況下鋼箱梁溫度場(chǎng)的分布特征。

1 傳熱邊界條件

1.1 對(duì)流換熱

流體流過(guò)固體表面時(shí)，由于溫差的存在，熱量在流體與固體之間傳遞的過(guò)程稱(chēng)為對(duì)流換熱。對(duì)流換熱服從牛頓冷卻公式，單位時(shí)間單位接觸面積交換的熱量[17- 18]：

但是，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于旅游者行為的理論研究與消費(fèi)者行為理論研究、心理學(xué)理論研究的融合尚顯淺薄，僅局限于借用成熟理論對(duì)旅游現(xiàn)象進(jìn)行表面解釋?zhuān)狈W(xué)科對(duì)話(huà)與溝通，尚未建立旅游學(xué)科獨(dú)有的本土化理論基礎(chǔ)與架構(gòu)，以致旅游者行為理論貢獻(xiàn)的知識(shí)溢出有限。總之，國(guó)內(nèi)旅游者行為研究尚未形成獨(dú)立的理論化研究范式，碎片化、分散性的研究普遍存在，交互式、融合性的研究尚顯欠缺，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步挖掘旅游者旅游活動(dòng)的本底特征，回歸旅游者行為研究的本源，剝離廣泛的社會(huì)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)深層次的互動(dòng)關(guān)系，進(jìn)而尋找科學(xué)的解集，不斷豐富并外延相關(guān)概念，拓寬旅游研究的視野，推動(dòng)旅游學(xué)科建立并完善自身的基礎(chǔ)理論體系。

q=hc(Tα-T)

(1)

式中:q為對(duì)流換熱密度，W·m-2;Tα為流體溫度，T為固體表面溫度;hc為對(duì)流換熱系數(shù)，也稱(chēng)膜傳熱系數(shù)，W·m-2·K-1，表示物體表面與附近空氣溫差1 ℃，單位時(shí)間單位面積上通過(guò)對(duì)流與附近空氣交換的熱量。

表面對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值與換熱過(guò)程中空氣的物理性質(zhì)、換熱表面的形狀、部位、表面與流體之間的溫差以及空氣的流速等都有密切關(guān)系。表面附近的風(fēng)速愈大，其表面對(duì)流換熱系數(shù)也愈大。在橋梁結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)計(jì)算中，通常采用如下計(jì)算公式[19- 20]：

(2)

式中:ΔT為結(jié)構(gòu)表面溫度與周?chē)諝鉁囟戎?，以絕對(duì)溫度計(jì);U為風(fēng)速，m·s-1。

值得說(shuō)明的是，在箱形梁的溫度分布計(jì)算中，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為箱梁頂板空氣流動(dòng)性大，且接受太陽(yáng)直接輻射，頂板表面與周?chē)諝鉁夭畲?，因此采用的頂板換熱系數(shù)較底板大[19- 20]。實(shí)際工程中的箱梁，由于受到主梁截面外形和橋面附屬設(shè)施的影響，橋梁各板附近的風(fēng)速會(huì)小于橋址區(qū)實(shí)測(cè)風(fēng)速。橋梁頂板受到橋面附屬設(shè)施的影響，頂板附近風(fēng)速可能會(huì)比底板附近風(fēng)速小，因此橋梁頂板對(duì)流系數(shù)也可能較小。表明箱梁各板附近風(fēng)速對(duì)箱梁各板的對(duì)流系數(shù)有重要影響，其影響規(guī)律需做進(jìn)一步研究。

1.2 輻射換熱

橋梁主要受到以下幾種輻射：太陽(yáng)的直接輻射、散射輻射、地面反射、地面環(huán)境輻射，大氣輻射和結(jié)構(gòu)輻射散熱等。各輻射計(jì)算如式(3)-(15)所示[12,19]：

太陽(yáng)直接輻射可按下式計(jì)算：

(3)

式中：P為大氣透明度，一般認(rèn)為大氣透明度與海拔高度有關(guān)[21- 23]：

式中：φ為橋址區(qū)的緯度；φ為太陽(yáng)赤緯角，

B=εCs(Tk+Tv)4

(4)

式中：ka為不同海拔高度的大氣相對(duì)氣壓，與海拔高度有關(guān)；tu為林克氏混濁度系數(shù)，與時(shí)間和地理位置有關(guān)，按照式(5)計(jì)算：

(5)

式中：Au和Bu為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，其取值可參考文獻(xiàn)[21]；D為日序數(shù)，例如：6月4日時(shí)，D為185。

式(3)中I0為太陽(yáng)常數(shù)，W·m-2，

農(nóng)村戶(hù)用沼氣的發(fā)展還存在著環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益不平衡的問(wèn)題，過(guò)多地重視環(huán)境效益忽略其經(jīng)濟(jì)效益，也將導(dǎo)致農(nóng)民建沼氣池的積極性降低。如何達(dá)到環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的平衡，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村戶(hù)用沼氣在經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)上的雙贏，值得深入探討。本文分別采用生命周期評(píng)價(jià)方法及生命周期成本對(duì)戶(hù)用沼氣池全生命周期的環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了客觀和定量的評(píng)價(jià)，從而考慮如何在戶(hù)用沼氣池全生命周期內(nèi)節(jié)約資源、改進(jìn)技術(shù)、保護(hù)環(huán)境，使系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的危害降低到最低水平，經(jīng)濟(jì)效益提到最高水平。

(6)

另外，式(3)中hs為太陽(yáng)高度角，

sinhs=cosφcos φcosω+sin φsinφ

(7)

P=0.9tuka

(8)

式(7)中ω為太陽(yáng)時(shí)角，

ω=15t

(9)

式中,t為時(shí)間，h。

散射輻射可按下式計(jì)算：

(10)

地面反射可按下式計(jì)算：

Ir=0.5re(Im+Id)(1-cosθ)

(11)

式中：re為地面反射系數(shù)，一般地面取0.2[11,21,23]。

大氣輻射可按下式計(jì)算：

Ga=EaCs(Tk+Ta)40.5(1-cosθ)

(12)

環(huán)境輻射可按下式計(jì)算：

式中：Tc為等效空氣溫度；Ta為周?chē)諝鉁囟?；I為結(jié)構(gòu)表面所吸收的總輻射，由式(3)～式(10)計(jì)算；ξ′為材料的輻射吸收系數(shù)，鋼材取0.82[24]；h為等效換熱系數(shù)：

(13)

其中：Cs是黑體的輻射系數(shù)，又稱(chēng)為Stefan-Boltzman常數(shù)，其值為5.67×10-8W·m-2·K-4；Tk為273.15 K，用于攝氏度與絕對(duì)溫度的換算；Ta為大氣溫度；θ為斜面與水平面的夾角；Ea為大氣的逆輻射系數(shù)，其值可按下式計(jì)算：

(14)

式中：Ta可近似取大氣溫度；ENr=EN+Ea(1-Ea)，其中EN為地表環(huán)境輻射系數(shù)，對(duì)于森林地表取0.96[11,23]。

橋梁對(duì)外輻射：

凡此種種，尤其從2015年到現(xiàn)在，每一想起諸如此類(lèi)的事情，莫名驚詫之外，還有巨大的空茫感與不確定性。我知道，這不是所謂的迷信，尤其是我們或可感知的冥冥中的律定與指派，游離與消失，它們所具備的那種類(lèi)似被神明操縱的玄學(xué)意味，常常使得人心生感慨。

(15)

式中，Tv為結(jié)構(gòu)外表面溫度，未計(jì)算結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分布時(shí)，可近似取大氣溫度[12]；ε為材料的輻射發(fā)射率，鋼材取0.6。

因?yàn)殇撓淞菏且环N封閉的體系，故假定環(huán)境僅對(duì)鋼箱梁外表面進(jìn)行熱交換，內(nèi)部?jī)H考慮空氣或橫隔板的熱傳導(dǎo)。此外，鋼箱梁外表面各區(qū)域可根據(jù)空間位置和接受太陽(yáng)直接輻射的特性分為4類(lèi)(如圖1所示)：①區(qū)域?yàn)槊嫦蛱祚返膮^(qū)域，包含Ⅰ號(hào)板和Ⅱ號(hào)板；②區(qū)域?yàn)轱L(fēng)嘴上板，包含Ⅲ號(hào)板和Ⅶ號(hào)板；③區(qū)域?yàn)轱L(fēng)嘴下板和鋼箱梁下斜腹板，包含Ⅳ號(hào)板和Ⅵ號(hào)板；④區(qū)域?yàn)槊嫦虻孛娴牡装?，包含Ⅴ?hào)板。其中僅①區(qū)域和②區(qū)域中的板考慮太陽(yáng)直接輻射以及太陽(yáng)散射輻射，僅③區(qū)域和④區(qū)域考慮地面反射以及地表環(huán)境輻射。大氣環(huán)境輻射作用在所有板件上，結(jié)構(gòu)對(duì)外輻射是所有板對(duì)環(huán)境放熱。

圖1 鋼箱梁外表面分類(lèi)

1.3 等效空氣溫度

橋梁周?chē)臍鉁厥橇硗庖粋€(gè)影響梁體溫度分布的重要因素。大氣溫度與梁體發(fā)生熱交換主要通過(guò)對(duì)流換熱和輻射換熱綜合作用傳熱，本文采用等效空氣溫度和等效換熱系數(shù)來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算[5]：

(16)

Ur=ENrCs(Tk+Ta)40.5(1+cosθ)

h=hc+hf

本次互補(bǔ)光伏發(fā)電站建設(shè)項(xiàng)目充分考慮了現(xiàn)有土地現(xiàn)狀，在其已有土地上安裝太陽(yáng)能電池板發(fā)電，光伏組件立體布置于上方，上層用于光伏發(fā)電，下層仍保留原貌。通過(guò)與建設(shè)項(xiàng)目所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益進(jìn)行對(duì)比分析，該建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施可以促進(jìn)海南能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和低碳綠色發(fā)展，滿(mǎn)足了改善生態(tài)、保護(hù)環(huán)境的需要，提高了土地利用率，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和諧發(fā)展，同時(shí)又不破壞原有礦產(chǎn)資源埋藏，符合《海南省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2016—2020年)》所提出的“合理利用和依法保護(hù)礦產(chǎn)資源”要求，綜合認(rèn)為現(xiàn)階段利用現(xiàn)有土地資源建設(shè)“互補(bǔ)”光伏發(fā)電站項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益更佳。

(17)

式中：hc為對(duì)流換熱系數(shù)；hf為輻射換熱系數(shù)[24]：

hf=csε[(Tc+Tk)4+(Ta+Tk)4]

(18)

式中：Tc為鋼箱梁表面等效空氣溫度；ε為材料輻射發(fā)射率，鋼材取0.6。由式(18)可知，hf是鋼箱梁表面等效空氣溫度Tc和周?chē)諝鉁囟萒a的函數(shù)。文獻(xiàn)[20]中將hf近似取一定值，經(jīng)過(guò)試算這種計(jì)算方法會(huì)帶來(lái)較大誤差。因此，采用文獻(xiàn)[24]的方式聯(lián)立式(2)和式(16)-(18)進(jìn)行迭代計(jì)算。

由式(16)-(18)不難看出，等效空氣溫度在大氣環(huán)境溫度的基礎(chǔ)上增加了對(duì)流和輻射換熱引起的溫度變化項(xiàng)。因此，計(jì)算等效空氣溫度需要獲得橋址區(qū)大氣環(huán)境溫度值。本文通過(guò)某日最高溫和最低溫對(duì)全天的溫度進(jìn)行擬合。假設(shè)全天內(nèi)氣溫按正弦函數(shù)變化[19]，考慮到不同時(shí)間段內(nèi)溫度變化的速率[24]，采用分段式正弦函數(shù)來(lái)模擬一天的溫度變化較為實(shí)際，具體公式如下[19,24]：

(19)

式中：t為時(shí)刻數(shù)，h；Tsum=Tmax+Tmin；ΔT=Tmax-Tmin，Tmax為下午3點(diǎn)的大氣溫度；Tmin為上午6點(diǎn)的大氣溫度。

2 熱邊界條件修正

2.1 對(duì)流換熱邊界條件

2.1.1 熱邊界層

茶學(xué)是我國(guó)的特色專(zhuān)業(yè)，隸屬于園藝學(xué)科，茶學(xué)專(zhuān)業(yè)的知識(shí)體系與茶產(chǎn)業(yè)鏈密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)包含4個(gè)方面：茶葉生產(chǎn)、茶產(chǎn)品加工利用、茶葉經(jīng)營(yíng)與貿(mào)易、茶文化[1]。隨著茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)人才需求的變化，一些高校對(duì)茶學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的偏重有所不同，有的偏重于茶樹(shù)栽培與生產(chǎn)，有的偏重于茶葉加工和貿(mào)易；有些高校在茶學(xué)專(zhuān)業(yè)下分設(shè)不同的專(zhuān)業(yè)方向，如茶文化、茶文化與貿(mào)易等。

本文算例中的鋼箱梁橫截面如圖3所示，箱梁頂面有70 mm厚瀝青混凝土鋪裝，建模時(shí)需要考慮鋪裝對(duì)箱梁溫度場(chǎng)的影響。此外，鋼箱梁壁上設(shè)有板肋和U肋，并且每隔3 m設(shè)有橫隔板，故建模時(shí)需要考慮橫隔板的影響。此外，鋼箱梁屬于封閉體系，在其內(nèi)部充滿(mǎn)空氣，由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)小，使得箱體外部環(huán)境變溫下箱體內(nèi)部溫度的變化仍然較為緩慢，容易形成箱室效應(yīng)，因此需要考慮空氣對(duì)鋼箱梁溫度場(chǎng)的影響。同時(shí)，考慮到封閉的箱梁內(nèi)部空氣流速一般較小，并且不受外界環(huán)境輻射影響，因此，本文沒(méi)有考慮箱梁內(nèi)部空氣與環(huán)境的輻射換熱和對(duì)流換熱作用，僅考慮熱傳導(dǎo)[12,26]。為了考慮橫隔板和空氣的影響，每一個(gè)工況均設(shè)置了兩個(gè)計(jì)算位置，即橫隔板位置處和不設(shè)橫隔板處。建模過(guò)程中分別采用了PLANE55、SURF151、LINK31、MATRIX50 4種單元[19]，由于PLANE55單元不能同時(shí)施加對(duì)流換熱和輻射換熱，因此需要在結(jié)構(gòu)表面覆蓋一層可以計(jì)算熱輻射的SURF151單元，并采用LINK31輻射線(xiàn)單元來(lái)生成輻射矩陣(需要輸入輻射率、形狀系數(shù)及Stefan-Boltzman常數(shù))，最后選擇超單元MATRIX50來(lái)讀入輻射矩陣進(jìn)行溫度場(chǎng)求解。在模型中，截面1為不設(shè)橫隔板的模型，包含93 230個(gè)單元，94 401個(gè)節(jié)點(diǎn)，截面2為橫隔板處的模型，包含56 549個(gè)單元，57 757個(gè)節(jié)點(diǎn)，瀝青混凝土鋪裝包含1 100個(gè)單元，1 653個(gè)節(jié)點(diǎn)，由于篇幅限制，僅給出工況4的模型。如圖11所示。

圖2 邊界層的高度

計(jì)算邊界層高度時(shí)采用以下公式[17- 18]：

(20)

熱邊界層高度：

δt=Pr1/3δ

蔡元培在演講中回憶起“十五年前，擬在杭州辦一師范學(xué)校，以當(dāng)時(shí)風(fēng)氣未甚開(kāi)通，紳士中鮮有愿贊助者，因之中止”[2]卷2，477。1916年，到杭州見(jiàn)第一師范學(xué)?！稗k理完善”，去紹興又聞五師亦“非常良好”，感到“甚為欣幸”。蔡元培兩次在五師演講，言簡(jiǎn)意賅，感情真摯，可謂集師范教育思想之大成；尤其對(duì)師范生培養(yǎng)，形成了自己獨(dú)特的教育思想。

(21)

雷諾數(shù)Re可表示為

Re=Ul/v

（二）要積極提高群文音樂(lè)創(chuàng)作人員的專(zhuān)業(yè)水平。創(chuàng)作人員的專(zhuān)業(yè)水平能力是提高群文音樂(lè)創(chuàng)作質(zhì)量的基礎(chǔ)保證。面對(duì)當(dāng)前群文音樂(lè)創(chuàng)作中，業(yè)余音樂(lè)愛(ài)好者心有余而力不足，且專(zhuān)業(yè)人員參與熱情不高的局面，一方面要不斷提升業(yè)余音樂(lè)愛(ài)好者的專(zhuān)業(yè)水平，通過(guò)各種途徑為他們提供學(xué)習(xí)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)和平臺(tái)；另一方面，要主動(dòng)與音樂(lè)院校、音樂(lè)團(tuán)體等專(zhuān)業(yè)組織溝通合作，將專(zhuān)業(yè)人才吸引到群文音樂(lè)創(chuàng)作隊(duì)伍中來(lái)，為群文音樂(lè)提供專(zhuān)業(yè)支持 。

(22)

根據(jù)Fluent數(shù)值模擬風(fēng)洞的計(jì)算結(jié)果，提取了4種工況下鋼箱梁各板熱邊界層高度處各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同入口風(fēng)速下的平均風(fēng)速，如圖6所示。由于工況1中風(fēng)速不折減，即各板附近風(fēng)速均采用入口風(fēng)速，因此在圖6中重合為一條直線(xiàn)。

地基處理中的注漿法主要是指高壓噴射注漿，施工過(guò)程為：利用相關(guān)設(shè)備，在高壓的作用下，借助漿液噴出時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，對(duì)地基周?chē)耐馏w進(jìn)行破壞，使?jié){液與土體重新凝結(jié)在一起形成新的土體，漿液固結(jié)后，便可達(dá)到提高地基穩(wěn)固性的作用。這種方法在黏性土及粉土中較為適用，不適用于地下水流速較快的地區(qū)，因?yàn)榈叵滤畷?huì)影響注漿固結(jié)的效果。

表1 干空氣的熱物理性質(zhì)[17- 18]

2.1.2 風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬

這個(gè)“科普”之名的獎(jiǎng)，引來(lái)了記者訪談.主題是：能夠獲獎(jiǎng)的科普著作為何沒(méi)在大陸出版？然后發(fā)表了不著邊際的評(píng)論文章.如果她但凡有點(diǎn)水平，評(píng)論的焦點(diǎn)恐怕應(yīng)該是：究竟什么是科普著作(前提是認(rèn)同還是否定“吳大猷科普獎(jiǎng)”的屬性)？

本文以某大跨鋼箱梁懸索橋?yàn)楣こ瘫尘埃捎脭?shù)值風(fēng)洞Fluent模擬鋼箱梁各板件熱邊界層高度處的風(fēng)速，鋼箱梁橫截面及附屬設(shè)施布置如圖3所示，梁寬27.9 m，高3.0 m，橋址區(qū)海拔高度500 m。其中，頂板與水平面的夾角為2°，風(fēng)嘴下板與水平面夾角為40°，風(fēng)嘴下板和鋼箱梁下斜腹板與水平面夾角15°?？紤]到橋面附屬設(shè)施對(duì)橋面風(fēng)環(huán)境有較大影響，文中共設(shè)計(jì)了4種工況：工況1為不考慮對(duì)流系數(shù)的修正(即不考慮風(fēng)速折減)，工況2為考慮對(duì)流系數(shù)修正(施工態(tài)，無(wú)橋面附屬設(shè)施)，工況3為考慮對(duì)流系數(shù)修正(成橋態(tài)，有橋面附屬設(shè)施不含鋪裝)，工況4為考慮對(duì)流系數(shù)修正(成橋態(tài)，有橋面附屬設(shè)施含鋪裝，如圖3(a)所示)。

以往的影視劇或戲劇清宮戲，很少觸及到滿(mǎn)漢民族矛盾和情緒問(wèn)題，大多采取回避這一清初激烈的社會(huì)問(wèn)題的基本事實(shí)。劇作《李光地》在陳方所謂的“反詩(shī)案”上，設(shè)置李光地與明珠的針?shù)h相對(duì)，隔岸反擊。一個(gè)說(shuō)是“詆金反清”，一個(gè)言詩(shī)不可摘句附會(huì)；一個(gè)挑撥狹隘的民族情緒，一個(gè)倡導(dǎo)滿(mǎn)漢一家，天下共主。在李光地與明珠的較量中，終使搖擺于其中的康熙有了洞察全局的發(fā)現(xiàn)，及時(shí)糾正了自己的偏見(jiàn)而鑄成一代明君。了結(jié)滿(mǎn)漢離隙心結(jié)，贏得了各族同戮力，是一曲天下情懷的頌歌！

在數(shù)值模擬過(guò)程中，每種工況的網(wǎng)格劃分均采用放射性網(wǎng)格，即貼近監(jiān)測(cè)斷面的網(wǎng)格足夠小，遠(yuǎn)離橋面的區(qū)域適當(dāng)放大。湍流模型選用SSTk-ω模型，湍流因子取0.5%，粘性系數(shù)取2。數(shù)值風(fēng)洞入口風(fēng)速均設(shè)置為低風(fēng)速區(qū)(1～5 m·s-1，以1 m·s-1遞增)和高風(fēng)速區(qū)(10～30 m·s-1，以5 m·s-1遞增)，如表2所示。然后，根據(jù)式(15)計(jì)算各風(fēng)速監(jiān)測(cè)點(diǎn)距板表面的垂直距離，如表3所示。此外，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如圖4所示(僅示出工況2)，各工況計(jì)算域網(wǎng)格分布如圖5所示(工況1不考慮折減，不需要進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)模擬)。

做一塊海邊的礁石，不論海浪如何翻涌，都只管靜默地堅(jiān)守，永不退卻。浙江印刷集團(tuán)正是這樣一塊礁石，用自己的堅(jiān)持、不斷的革新，守護(hù)印刷、傳承印刷。

圖3 鋼箱梁橫截面

表2 工況設(shè)置

2.1.3 對(duì)流系數(shù)修正

式(20)-(22)中：Pr為普朗特?cái)?shù)；U為遠(yuǎn)處風(fēng)速，即數(shù)值風(fēng)洞入口處風(fēng)速，當(dāng)U≤5 m·s-1時(shí)，可按層流計(jì)算，α=-1/2，β=5，當(dāng)U>5 m·s-1時(shí)，可按紊流計(jì)算，α=-1/5，β=0.37(α，β均為常數(shù))；l為截面特征尺寸；x為計(jì)算位置距迎風(fēng)側(cè)板邊緣的縱向距離，如圖2所示；v為動(dòng)力粘度。表1列出了不同溫度下動(dòng)力粘度和普朗特?cái)?shù)的取值，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)空氣溫度為25 ℃。

由圖6可知，4個(gè)工況的橋梁各板附近風(fēng)速均與入口風(fēng)速呈線(xiàn)性正相關(guān)。此外，除工況1外其余3個(gè)工況中橋梁各板附近風(fēng)速均較數(shù)值風(fēng)洞入口處風(fēng)速小，也即均小于工況1中各板附近風(fēng)速。工況4中各板附近風(fēng)速較數(shù)值風(fēng)洞入口處風(fēng)速(工況1)的降低程度最為明顯，其中，Ⅲ號(hào)板附近風(fēng)速降低最多，達(dá)95.5%，Ⅴ號(hào)板附近風(fēng)速降低最少，為17.7%。同樣地，對(duì)比工況2中各板附近風(fēng)速和數(shù)值風(fēng)洞入口處風(fēng)速(工況1)發(fā)現(xiàn)：Ⅲ號(hào)板附近風(fēng)速降低最多，達(dá)92.6%，Ⅴ號(hào)板附近風(fēng)速降低最少，為11.9%，工況3和工況4中各板附近風(fēng)速差異最小。上述發(fā)現(xiàn)表明，在計(jì)算鋼箱梁對(duì)流系數(shù)時(shí)，若僅采用橋址區(qū)的風(fēng)速來(lái)表征箱梁各板附近的風(fēng)速，將無(wú)法獲取準(zhǔn)確的對(duì)流系數(shù)。

他小心翼翼地伸出手摸著小雞的頭，卻被它嫩嫩的嘴啄了一口，劉佳欣喜得叫出來(lái)，聲音都在發(fā)抖。我想，幸好我沒(méi)把那只蛋吃了。

表3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)距臨近鋼箱梁外表面的垂直距離

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖5 計(jì)算域網(wǎng)格分布

圖6 不同入口風(fēng)速下各工況鋼箱梁各板附近風(fēng)速

圖7進(jìn)一步對(duì)比了相同入口風(fēng)速下4種工況中鋼箱梁Ⅰ～Ⅲ和Ⅴ板附近的風(fēng)速。由圖7可知，考慮橋面附屬設(shè)施(工況3和工況4)時(shí)橋面各板附近風(fēng)速均較不考慮附屬設(shè)施時(shí)(工況2)小。其中，Ⅰ號(hào)板附近風(fēng)速降低了87.4%，Ⅱ號(hào)板降低了87.6%(差異最大)，Ⅴ號(hào)板降低了6.5%(差異最小)。圖7表明，橋面附屬設(shè)施對(duì)鋼箱梁各板附近風(fēng)速降低明顯，由此對(duì)鋼箱梁溫度場(chǎng)分布的影響也不可忽略。

圖7 4種工況鋼箱梁Ⅰ～Ⅲ和Ⅴ板附近風(fēng)速對(duì)比

綜上所述，F(xiàn)luent數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明：橋面附近風(fēng)速較入口風(fēng)速小，且與入口風(fēng)速呈線(xiàn)性正相關(guān)。同時(shí)，橋面附屬設(shè)施能顯著降低鋼箱梁各板風(fēng)速。因此，在計(jì)算鋼箱梁對(duì)流系數(shù)時(shí)，需要考慮主梁截面外形(包括橋面附屬設(shè)施)的影響。為了考慮上述影響，本文首先根據(jù)Fluent計(jì)算結(jié)果，采用最小二乘法擬合出各板件熱邊界層高度處的風(fēng)速折減系數(shù)(如表4所示)，然后采用折減后的風(fēng)速，根據(jù)式(2)計(jì)算對(duì)流系數(shù)，并由此研究基于風(fēng)速折減的對(duì)流系數(shù)修正對(duì)鋼箱梁溫度分布的影響。

表4 風(fēng)速折減系數(shù)

需要說(shuō)明的是，本文缺乏算例中橋梁橋址區(qū)的平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，為不失一般性，參考類(lèi)似山區(qū)地形相同橋型橋址區(qū)平均風(fēng)速數(shù)據(jù)[25]，最終將鋼箱梁溫度場(chǎng)的計(jì)算風(fēng)速設(shè)為8 m·s-1。

2.2 輻射換熱邊界條件

為了計(jì)算輻射換熱的邊界條件，采用式(3)-(15)計(jì)算，其主要參數(shù)取值如下：橋址區(qū)緯度為北緯23.255°，計(jì)算日期為2019年6月4日，根據(jù)式(4)考慮海拔高度的影響，計(jì)算大氣透明度為P=0.75，由此計(jì)算得到的各區(qū)域輻射總值如圖8所示。由圖8可知，①區(qū)域和②區(qū)域受太陽(yáng)直接輻射，因此這兩個(gè)區(qū)域的總輻射值較③區(qū)域和④區(qū)域高。此外，各區(qū)域在5:30左右開(kāi)始受到太陽(yáng)輻射作用。由于橋梁對(duì)外輻射的存在，總輻射值在6:00后為正，表明結(jié)構(gòu)在此時(shí)開(kāi)始升溫。同樣，在18:00之后，總輻射值為負(fù)，直至18:30太陽(yáng)輻射徹底消失，表明結(jié)構(gòu)開(kāi)始降溫。

圖8 各區(qū)域板受到的總輻射值

2.3 等效空氣溫度計(jì)算

為了計(jì)算等效空氣溫度，本文從中央氣象臺(tái)(http：//www.nmc.cn/)中獲取了橋址區(qū)6月4日的實(shí)時(shí)大氣溫度值，包含144個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，取樣間隔10 min。通過(guò)整理得到午間最高溫度為38.6 ℃，夜間最低氣溫為25.0 ℃。然后采用式(14)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合如圖9所示。由圖可知，擬合曲線(xiàn)和實(shí)際溫度基本吻合，故采用式(14)來(lái)模擬大氣溫度是合理的。

鋼箱梁各板件對(duì)流換熱系數(shù)和輻射換熱系數(shù)的不同，將導(dǎo)致各板件等效大氣溫度的不同。通過(guò)式(11)-(13)可計(jì)算得到4種工況下鋼箱梁各板的等效空氣溫度時(shí)程，如圖10所示。

圖9 實(shí)測(cè)溫度與擬合曲線(xiàn)

圖10 各板件等效空氣溫度

由圖10可知，工況1頂板最高等效空氣溫度為51.5 ℃，出現(xiàn)在14:20?？紤]風(fēng)速折減后，橋頂板的等效空氣溫度比不考慮風(fēng)速折減的等效溫度高。另外，工況4頂板等效空氣溫度的最大值出現(xiàn)在13:50，達(dá)到82.1 ℃，工況3頂板等效空氣溫度的最大值出現(xiàn)在14:00，達(dá)到73.5 ℃，工況2最大值出現(xiàn)在14:30，最大值為55.2 ℃。此外，各板件等效空氣溫度達(dá)到最大值的時(shí)間均不同。由此可見(jiàn)，對(duì)鋼箱梁各板分別采取不同的對(duì)流系數(shù)和等效空氣溫度與實(shí)際較為接近。

3 鋼箱梁溫度分布研究

3.1 熱參數(shù)取值

3.2 鋼箱梁溫度場(chǎng)有限元模擬

如圖2所示，由于在壁面一定高度范圍內(nèi)的流體受到黏性的作用，流速沿壁面法線(xiàn)方向急劇減小，并最終在壁面位置處降為0，該高度稱(chēng)為對(duì)流邊界層高度，記為δ。在極薄的對(duì)流邊界層中，某一高度范圍內(nèi)流體的溫度在壁面法線(xiàn)方向也急劇減小[25]，而在該高度之外，溫度梯度幾乎為0，該高度稱(chēng)為熱邊界層高度，記為δt。在熱邊界層中，熱量?jī)H以導(dǎo)熱方式傳遞，故本文提取的風(fēng)速為熱邊界層高度處對(duì)應(yīng)的風(fēng)速U。值得說(shuō)明的是，除液態(tài)金屬及高粘性的流體外，熱邊界層的高度與流動(dòng)邊界層高度在數(shù)量級(jí)上相當(dāng)[17- 18]，此外熱邊界層高度相較于流動(dòng)邊界層高度更不易獲得，故可以在計(jì)算流動(dòng)邊界層高度的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)系數(shù)來(lái)得到熱邊界層高度。U∞和T∞分別為無(wú)窮遠(yuǎn)處流體的風(fēng)速和溫度。

攝影旅游的方興未艾，以及其廣闊的市場(chǎng)前景，再加上它擁有的高效營(yíng)銷(xiāo)宣傳功能，使得有識(shí)之士十分重視，并以之作為檢討、衡量當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)經(jīng)營(yíng)狀況的重要因素，把“未建立相關(guān)的攝影旅游基地，缺乏專(zhuān)門(mén)攝影網(wǎng)站、攝影采風(fēng)的景點(diǎn)介紹”“沒(méi)有形成相關(guān)攝影旅游的發(fā)展模式……大部分地區(qū)尚未形成專(zhuān)門(mén)的攝影旅游路線(xiàn)，國(guó)內(nèi)外旅游者獲得攝影旅游信息的途徑有限”[25]等作為存在的主要問(wèn)題來(lái)對(duì)待，預(yù)示著攝影旅游這一產(chǎn)品更加廣闊的前景。

圖11 鋼箱梁有限元模型(工況4)

鋼箱梁溫度場(chǎng)模擬流程如圖12所示，簡(jiǎn)述如下：

(1)導(dǎo)入鋼箱梁截面模型，設(shè)置材料熱參數(shù)(包括鋼和空氣的熱參數(shù)，工況4還包含瀝青混凝土的熱參數(shù))。同時(shí)導(dǎo)入MATLAB程序計(jì)算的等效空氣溫度時(shí)程和對(duì)流系數(shù)時(shí)程。

(2)選擇要計(jì)算的截面位置，若設(shè)置橫隔板，則直接導(dǎo)入橫隔板模型。若不設(shè)置橫隔板，則直接在橫隔板位置建立空氣模型。

(3)在(2)的基礎(chǔ)上繼續(xù)使用空氣模型來(lái)填充其余孔洞(U肋、橫隔板上的孔)，然后劃分單元。

(4)選擇鋼箱梁外輪廓線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)上生成SURF151單元，同時(shí)建立孤立節(jié)點(diǎn)，根據(jù)各板件的編號(hào)建立分組。

圖12 鋼箱梁溫度場(chǎng)模擬流程圖

(5)選中各板表面上的節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)上生成LINK31單元，并將孤立節(jié)點(diǎn)設(shè)置為線(xiàn)單元的第三節(jié)點(diǎn)。

(6)進(jìn)入AUX2輻射矩陣生成器，設(shè)置輻射參數(shù)，生成輻射矩陣。

(7)重新進(jìn)入PREP7前處理器，定義超單元MATRIX50。讀取步驟(6)求得的輻射矩陣。

(8)對(duì)孤立節(jié)點(diǎn)施加等效環(huán)境溫度時(shí)程作為輻射邊界條件。

(9)根據(jù)鋼箱梁各板件的分組，分別施加對(duì)流邊界條件，最后求解，提取計(jì)算結(jié)果。

文中建立的溫度場(chǎng)模擬方法分析屬于瞬態(tài)熱分析，即荷載是隨時(shí)間變化的。為了表達(dá)隨時(shí)間變化的荷載，同時(shí)為了消除初始條件對(duì)計(jì)算的影響，將計(jì)算時(shí)長(zhǎng)設(shè)為3天[5]，每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)取600 s(10 min)，荷載-時(shí)間曲線(xiàn)共劃分為144×3個(gè)荷載步。在進(jìn)行瞬態(tài)熱求解溫度場(chǎng)以前，要給出結(jié)構(gòu)的初始溫度條件。經(jīng)過(guò)試算，文中最終定義所有節(jié)點(diǎn)的初始溫度為：截面1 (20 ℃)、截面2 (30 ℃)。以0:00作為計(jì)算開(kāi)始時(shí)間，依次求解144×3個(gè)荷載步。

由于缺乏實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)，本文通過(guò)文獻(xiàn)[27]和文獻(xiàn)[28]中的實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)驗(yàn)證本文中提出的方法的正確性。其中，文獻(xiàn)[27]中的溫度數(shù)據(jù)為混凝土箱梁的實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)[28]中為鋼箱梁溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)中均考慮了橋面鋪裝。值得說(shuō)明的是，文獻(xiàn)[27]中的風(fēng)速取2.3 m·s-1(文獻(xiàn)[27]橋址處8月份平均風(fēng)速)，海拔高度為11 m，其余熱工參數(shù)同文獻(xiàn)[27]。文獻(xiàn)[28]中的風(fēng)速取2.6 m·s-1(文獻(xiàn)[28]橋址處7月份平均風(fēng)速)，海拔高度為32 m，其余熱工參數(shù)取值詳見(jiàn)3.1節(jié)。由于篇幅限制，僅給出文獻(xiàn)[27]中中腹板7時(shí)和15時(shí)的豎向溫度以及文獻(xiàn)[28]中15時(shí)U6和U7之間測(cè)點(diǎn)的豎向溫度，如圖13所示。由圖可以看出，驗(yàn)證結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果均吻合良好，其中，文中計(jì)算的混凝土箱梁溫度結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)測(cè)結(jié)果最大誤差為1.5 ℃，鋼箱梁最大誤差為2.9 ℃。因此，文中提出的方法同時(shí)適用于混凝土箱梁和鋼箱梁溫度場(chǎng)的模擬。

3.3 結(jié)果分析與討論

為了研究修正對(duì)流系數(shù)對(duì)鋼箱梁溫度分布的影響，文中提取了4個(gè)工況最后144步(一天)的溫度分布圖，并進(jìn)行了對(duì)比分析。由于篇幅限制，僅示出14時(shí)的溫度分布圖，如圖14所示，其中，溫度分布圖上部分曲線(xiàn)圖為鋼箱梁過(guò)形心的橫軸線(xiàn)溫度曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)為沿鋼箱梁橫向的位置，左部分曲線(xiàn)圖為鋼箱梁過(guò)形心的豎軸線(xiàn)溫度曲線(xiàn)，豎坐標(biāo)為沿鋼箱梁豎向的位置。

圖13 本文計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)對(duì)比

由圖14可以看出，在14:00時(shí)刻，不修正對(duì)流系數(shù)的鋼箱梁整體溫度均較修正對(duì)流系數(shù)后的鋼箱梁溫度低，同時(shí)溫度梯度也較小，從橫、豎軸線(xiàn)溫度曲線(xiàn)可以看出鋼箱梁的橫截面溫度分布情況為：中部溫度高于兩側(cè)溫度，且頂板溫度高于底板溫度。此外，對(duì)流系數(shù)修正對(duì)截面1(無(wú)橫隔板)的溫度分布影響比截面2大(有橫隔板)。這是由于橫隔板的導(dǎo)熱性比空氣強(qiáng)，故截面2的溫度分布更均勻，也說(shuō)明箱內(nèi)空氣的作用使得鋼箱梁具有較大的箱室效應(yīng)。值得注意的是：橋面鋪裝也會(huì)降低鋼箱梁頂板14:00的溫度。

為了進(jìn)一步研究對(duì)流系數(shù)修正后鋼箱梁各板溫度分布之間的差異，提取了最后144步鋼箱梁各板的溫度時(shí)程，如圖15所示。圖中包含頂板Ⅰ號(hào)板，背風(fēng)側(cè)板Ⅲ號(hào)板和Ⅳ號(hào)板、底板Ⅴ號(hào)板，迎風(fēng)側(cè)板Ⅵ號(hào)板和Ⅶ號(hào)板的溫度時(shí)程。

圖14 鋼箱梁溫度分布

圖15 鋼箱梁各板溫度時(shí)程曲線(xiàn)

首先通過(guò)圖15(a)分析對(duì)流系數(shù)修正對(duì)鋼箱梁頂、底板溫差(即豎向溫差)的影響，文中取頂板風(fēng)速大于底板風(fēng)速為正風(fēng)速差，頂板的溫度大于底板的溫度為正溫度差。由圖15(a)可知，對(duì)于截面1(無(wú)橫隔板)，在15:00各工況Ⅰ號(hào)板(頂板)和V號(hào)板(底板)之間的溫差達(dá)到最大，分別為11.2、14.5、31.4和29.9 ℃(工況1～工況3均出現(xiàn)在16:00，工況4出現(xiàn)在17:00)。與不考慮對(duì)流系數(shù)修正的工況1得出的最大豎向正溫差(11.2 ℃)相比，考慮對(duì)流系數(shù)修正后，工況2(無(wú)橋面附屬設(shè)施)最大豎向正溫差提高了3.3 ℃(29.4%)，工況3(含橋面附屬設(shè)施不考慮鋪裝)最大豎向正溫差提高了20.2 ℃(180.3%)，工況4(含橋面附屬設(shè)施考慮鋪裝)最大豎向正溫差提高了18.7 ℃(167.0%)。這是由于考慮鋼箱梁各板風(fēng)速差異后，頂、底板存在正風(fēng)速差(見(jiàn)圖7)，從而增加了鋼箱梁橫截面的豎向正溫差；而橋面附屬設(shè)施的存在則會(huì)進(jìn)一步加劇頂、底板的正風(fēng)速差(見(jiàn)圖7)，導(dǎo)致更大的橫截面豎向正溫差，而橋面鋪裝幾乎不減小橫截面豎向溫差，但是會(huì)將出現(xiàn)最大正溫差的時(shí)間延后1 h。截面2與截面1相比增加了橫隔板，其最大豎向正溫差的規(guī)律與截面1類(lèi)似，即考慮對(duì)流系數(shù)修正后，鋼箱梁豎向正溫差會(huì)加大。但通過(guò)對(duì)比圖15(a)和圖15(b)發(fā)現(xiàn)，橫隔板處鋼箱梁的豎向正溫差比無(wú)橫隔板鋼箱梁的豎向正溫差要小很多。

其次，通過(guò)圖15(a)分析對(duì)流系數(shù)修正對(duì)鋼箱梁橫向溫差的影響，文中取左側(cè)板風(fēng)速大于右側(cè)板風(fēng)速為正風(fēng)速差，左側(cè)板的溫度大于右側(cè)板的溫度為正溫度差。圖15(a)中給出了截面1左、右兩側(cè)風(fēng)嘴上板(Ⅲ、Ⅶ號(hào)板)之間的溫差?？梢钥闯?，各工況的橫向溫差達(dá)到最大的時(shí)間不同，分別為-1.2 ℃(工況1在12:00)、-8.7 ℃(工況2在12:00)、4.5 ℃(工況3在14:00)和-2.9 ℃(工況4在5:00)。圖15(a)還給出了截面1左、右兩側(cè)的風(fēng)嘴下板和鋼箱梁下斜腹板(Ⅳ、Ⅵ號(hào)板)之間的溫差。各工況的橫向溫差在達(dá)到最大的時(shí)間不同，分別為0.1 ℃(工況1在1:30)、-2.7 ℃(工況2在13:00)、0.5 ℃(工況3在5:00)和0.8 ℃(工況4在5:00)。由圖15(b)可知，截面2的橫向溫差變化規(guī)律和截面1類(lèi)似：左、右兩側(cè)風(fēng)嘴上板(Ⅲ、Ⅶ號(hào)板)之間的溫差達(dá)到最大的時(shí)間也不同，分別為-2.2 ℃(工況1在8:30)、-4.55 ℃(工況2在14:30)、-3.2 ℃(工況3在9:30)和-0.2 ℃(工況4在17:00)；左、右兩側(cè)的風(fēng)嘴下板和鋼箱梁下斜腹板(Ⅳ、Ⅵ號(hào)板)之間的溫差達(dá)到最大的時(shí)間不同，分別為-0.6 ℃(工況1在21:30)、-5.4 ℃(工況2在5:00)、-5.7 ℃(工況3在5:00)和-0.2 ℃(工況4在5:00)。

上述鋼箱梁豎向和橫向溫差分析結(jié)果表明：考慮鋼箱梁各板風(fēng)速差異并對(duì)對(duì)流系數(shù)進(jìn)行修正后，鋼箱梁的橫向負(fù)溫差和豎向正溫差明顯增大，當(dāng)計(jì)入橋面附屬設(shè)施的影響后鋼箱梁的橫向負(fù)溫差變化較小，但豎向正溫差會(huì)進(jìn)一步加劇。這是由于鋼箱梁各板表面風(fēng)速存在差異，這種正風(fēng)速差異會(huì)導(dǎo)致鋼箱梁左右兩側(cè)腹板之間、以及頂?shù)装逯g對(duì)流系數(shù)差異的增大，進(jìn)而增大鋼箱梁橫截面的橫、豎向溫差；而橋面附屬設(shè)施的存在則會(huì)導(dǎo)致頂?shù)装灞砻骘L(fēng)速之間更大的差異，從而引起更大的橫截面豎向正溫差。研究還發(fā)現(xiàn)：橋面鋪裝對(duì)鋼箱梁橫截面的豎向溫差幾乎沒(méi)有影響，僅將最大溫差出現(xiàn)的時(shí)間延后1 h。此外，可以明顯看出橫隔板處鋼箱梁的日溫差要比無(wú)橫隔板處鋼箱梁的日溫差小。這是由于橫隔板的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大得多，可以將橫截面的溫度以較快的速度傳導(dǎo)到截面各部分，從而減小橫截面的日溫差。

4 結(jié)語(yǔ)

本文中提出了一種基于對(duì)流換熱系數(shù)修正的鋼箱梁溫度場(chǎng)數(shù)值模擬方法，并基于此分析了考慮對(duì)流系數(shù)修正后鋼箱梁橫截面的溫度分布特征。研究表明：

(1)Fluent數(shù)值模擬風(fēng)洞計(jì)算結(jié)果顯示：與入口風(fēng)速相比，鋼箱梁截面各板表面的風(fēng)速呈現(xiàn)出不同程度的降低，其中背風(fēng)側(cè)風(fēng)嘴上板表面風(fēng)速降低95.5%，底板表面風(fēng)速降低17.7%。由于鋼箱梁表面附近風(fēng)速的差異會(huì)引起表面對(duì)流系數(shù)的差異，進(jìn)而直接影響鋼箱梁的溫度場(chǎng)分布，因此在進(jìn)行鋼箱梁溫度場(chǎng)模擬時(shí)，需要考慮鋼箱梁表面風(fēng)場(chǎng)的影響。

(2)鋼箱梁溫度場(chǎng)分布特征表明：考慮鋼箱梁表面風(fēng)場(chǎng)并對(duì)對(duì)流系數(shù)進(jìn)行修正后，鋼箱梁的橫向負(fù)溫差和豎向正溫差明顯增大，尤其在計(jì)入橋面附屬設(shè)施的影響后鋼箱梁橫截面的豎向正溫差會(huì)進(jìn)一步加劇。這是由于鋼箱梁各板表面風(fēng)速存在差異，這種風(fēng)速差異會(huì)導(dǎo)致鋼箱梁左右兩側(cè)腹板之間及頂?shù)装逯g對(duì)流系數(shù)差異的增大，進(jìn)而增大鋼箱梁橫截面的橫、豎向溫差；而橋面附屬設(shè)施的存在則會(huì)導(dǎo)致頂?shù)装灞砻骘L(fēng)速之間更大的差異，從而引起更大的橫截面豎向正溫差。橋面鋪裝對(duì)鋼箱梁橫截面的豎向溫差幾乎沒(méi)有影響，僅將最大溫差出現(xiàn)的時(shí)間延后1 h。

(3)橫隔板處鋼箱梁的日溫差比無(wú)橫隔板處鋼箱梁的日溫差要小。這是由于橫隔板的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大得多，可以將橫截面的溫度以較快的速度傳導(dǎo)到截面各部分，從而減小橫截面的日溫差。

(4)本文旨在研究對(duì)流換熱邊界條件對(duì)鋼箱梁溫度場(chǎng)分布的影響。由于鋼箱梁內(nèi)部空氣對(duì)流對(duì)鋼箱梁溫度場(chǎng)也具有重要的影響，開(kāi)展這些因素對(duì)鋼箱梁溫度場(chǎng)分布特征的影響，是下一階段研究重點(diǎn)。