立方排列球体层通风特性试验与数值模拟研究

• 作 者: 童刚强
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 立方排列球体层 渗透率 惯性阻力系数 风洞试验 数值模拟 通风换热特性 块石基底路基

由于块石层具有较好的通风换热特性,使得块石护坡和块石基底路基在青臧铁路建设中得到了广泛的应用,并起到了良好的降温效果。块石层中的空气流动规律已成为研究的关键问题,但块石的大小、形状和填筑方式的随机性使得直接进行块石通风试验时,得到的结果具有很大的偶然性和不确定性。本文主要是针对立方排列水泥球体层的通风特性进行研究,希望以此为出发点进一步研究大孔隙块体介质路基的强迫对流降温机理。研究过程中主要采用的是风洞室内模型试验和数值模拟相结合的方法,通过室内风洞试验得出不同球体层的渗透率与惯性阻力系数,以及渗透率与惯性阻力系数与球体直径的关系。根据风洞试验得出的初步结论,选择合适的流体湍流模型进行数值计算,通过数值模拟的进一步研究并与试验结果对照,发现两种方法得到的结果是基本吻合。本文的主要研究成果可归纳为:　　
(1)通过风洞试验得到水泥球体层的通风能力与球体直径有关,直径越大,通风效果越好。同时水泥球体层内部空气压力梯度与渗流速度存在良好的二次非线性关系。　　
(2)水泥球体层渗透率和惯性阻力系数与球体直径有关。对于这种大颗粒、大孔隙的块体介质,使用以往的经验公式并不完全准确,需要进一步试验研究分析。　　
(3)横断面中心孔直线上风速随球体的位置显周期性变化,其变化规律类似于三角函数关系。　　
(4)通过建立实体模型,对球体层的通风特性做了进一步的研究分析,并将数值模拟的结果与试验结果相比较,发现两者基本吻合。