高速公路建设对区域气流场影响的研究

高速公路建设是与自然环境密切相关的工程，在促进经济发展与方便人民生活的同时，一定程度上也对自然生态环境造成负面影响，包括对所在区域空气环境的影响。高速公路建设对区域空气环境产生影响的原因主要有：高速公路的建设使区域气流场失去原有的稳定状态；外来气流场（汽车尾气等）的输入增加了区域空气污染的程度。目前，关于前者的研究还不太成熟；关于后者主要是采用线源扩散模式进行研究，为定性评价环境质量提供依据。本项目的主要研究内容为：采用可实现的k-ε模型与大涡模拟相结合的方法，建立高速公路周边区域的气流场模型，模拟其气流场的变化；根据计算流体力学的原理，建立数学模型，研究有外来气流场输入时，气流扩散的规律；将计算结果与采用线源扩散模式的计算结果进行分析比较，为空气环境评价方法由定性到定量、评价过程数学模型化提供可靠的依据；风洞试验。本项目的研究成果将对改善高速公路周边区域的生态环境产生较大的促进作用。

高速公路的建设与使用改变了所在区域原有相对稳定的气流场，外来气流如机动车尾气、扬尘等污染物在复杂流场中的扩散，加剧了公路沿线的大气环境污染。所以研究高速公路建设对区域气流场的影响是很有意义的。.项目的主要研究内容：采用可实现的k-ε模型，建立高速公路周边区域的气流场模型，分析其气流场的变化；研究有外来气流输入时，气流扩散的规律；高速公路区域流场实测数据与数值计算结果对比分析。重要研究结果如下。.高速公路路堤段气流场变化规律：.1、无车辆行驶时，流场显著变化范围由来流侧距路堤110米到背风侧距路堤140米处；高于路面5米以上时，流场趋于平稳。.2、随着边坡坡度的增大，来流侧和背风侧流场趋于平稳所需的距离增大。.3、地面粗糙度对流场分布的影响主要集中于路堤的前缘区域和路面区域。.4、有车辆行驶时，单车沿路堤长度方向对流场的影响在车后25m到35m范围内；沿路堤高度方向对流场的影响在高于路面7m范围内。车队沿路堤高度方向对流场的影响在高于路面18m范围内。.5、车辆背风侧形成复杂、尺度很大的漩涡，流速剧烈下降；而车辆上方流速变大。.6、车辆尾气排放对流场的影响在距车辆约2m的半径范围内。.7、风障与路堤共同作用下气流在路堤背风侧发生钝体绕流现象，产生漩涡。随着风障高度的增加，路堤背风侧的涡流范围也变大，且逐渐远离路堤。.高速公路路桥梁段气流场变化规律：.1、无车辆行驶时，流场显著变化范围从来流侧距桥梁25m到背风侧距桥梁60m处；高于桥面10m以上流场趋于平稳。.2、桥墩前侧存在扇形影响区域，后侧存在尾流影响区，桥墩之间流速出现阶段性突变，流速最大值出现在跨中位置处。随着地表粗糙长度的增大，尾流区的流速分布紊乱，流速变小。.3、桥梁周边地形起伏显著时，对桥底和桥面上方区域流场的影响较大。流场旋涡发展剧烈，流向混乱，桥底区域的流场分布复杂。旋涡处风速较低，会对汽车尾气等污染物产生滞留作用；.4、车辆行驶对桥梁区域流场的影响主要集中在桥面以上2m高度及桥梁背风侧4.5m范围内。