|
摘要：应用有限元方法，对一通风路基的温度场进行了三维数值分析，通过对不同环境工况的计算，分析通风管对于路基稳定的作用。
关键词：通风路基 温度特性
1 引言
部分青藏铁路和公路要穿越多年冻土地区，这要求设计部门和建设部门对路基热状况给予更大的关注。当地表的温度变化时，为了保护路基下的冻土，防止冻土退化产生的融沉而将使路面开裂，可以在路面下铺设通风管，为了了解通风路基的温度特性，为设计提供理论依据，本文对通风路基温度场进行了三维有限元分析。
2 控制微分方程及其有限元公式
该通风路基问题的数学描述方程为
热传导方程 （图片） 边界条件（图片） 问题对应的虚功方程（图片） 3 数值分析结果
本文以海拔4000 m处的某路基结构为设计模型，计算域如图所示，上层区域为道渣，中间层为碎石，下层区域为亚粘土，导热系数分别为0.346 w / m-1 c-1，1.952 w / m-1 c-1，和1.24 w / m-1 c-1。通风管道设置在中间区域内，其管径为0.4 m，空气和通风管壁之间的对流换热系数为15.0 w m-2 c-1。本文对通风管在冬季和夏季两种工况的温度场进行了分析，采用了空间四面体单元对通风路基进行单元划分，通风管径相对尺寸较小，对其进行了加密处理，如图2所示。（图片） 图3 —4为数值计算模拟图，夏季取7月平均温度15 c为环境空气温度，路堤斜坡与天然路面为第三类边界条件，对流换热系数为10 w m-2 c-1，路基顶面由于太阳辐射温度较高，为17 c。通风管中对流换热系数为15.0 w m-2 c-1，空气温度为5 c。（图片） （图片） 冬季环境空气温度为-15 c ，通风管空气温度为-11 c，对流换热系数同夏季。
由于通风管之间的距离较大，管和管之间的影响可以忽略，所以本文只考虑了单根管路基温度场的情况。利用FEGE软件进行了有限元分析而得到图3—4路基三维温度场分布图。从图3 和图4可以看出，通风管内通过对流换热，对路基提供冷能，能使路基整体温度下降，对冻土路基有制冷作用。在夏季通风管起的作用很明显，能有效的降低路基温度，防止冻土层退化，从而保障了路基的稳定，而冬季起的作用较小。
参 考 文 献
[1] 王勖成,邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，1997。
[2] 徐学祖，王家澄，冻土物理学，科学出版社，2001，
[3] 基于FEPG有限元方法，北京飞箭软件有限公司,2003.
4/1/2006
|
