Page 59 - 2022年第53卷第11期
P. 59
０．４ｍ。岗头隧洞发生严重冰塞表明漕河渡槽中产生了大量冰花，水温 Ｔ≤０℃。下面主要计算分析：
ｗ
１）风速和太阳辐射对渡槽外壁温度的影响；２）水体与渡槽热交换对水温和冰花沿程分布的影响。
原型观测漕河渡槽 ３槽内的水温分布均匀 ［９］ ，中墙对水温分布的影响可忽略不计，只需考虑水面
和渡槽边墙和底板的热交换。
计算取大气相对湿度 Ｒ ＝ ０．９ ，夜间 Ｔ ＝－ １８．６℃，白昼 Ｔ ＝－ ９．０℃和云量 Ｃ ＝ ０．１４ ，并假设渡槽
ｈ ａ ａ
进口水温 Ｔ ＝ ０．１℃。因水深 ３．７６ｍ，边墙湿周 χ＝ χ＝ ３．７６ｍ，３槽底板净宽 χ＝ ３ × ６．０ ＝ １８．０ｍ，渡
ｗ０ １ ２ ３
槽断面湿周 χ ＝ χ ＋ χ ＋ χ＝ ２５．５２ｍ。边墙厚 ｈ ＝ ０．６ｍ，底板厚 ｈ ＝ ０．５ｍ，钢筋混凝土导热系数 ｋ ＝
１，３
１，ｉ
１
２
３
１，ｉ
１．７４Ｗ?（ｍ·℃），由式（２）得
{ ｈ ?ｋ ＝ ０ ．６?１．７４ ≈０．３４５， ｉ ＝ １ ，２
１，ｉ
１，ｉ
ｈ ?ｋ ＝ ｈ ?ｋ ＝ ０．５?１．７４ ≈０．２８７， ｉ ＝ ３
Ｅ，ｉ
Ｅ，ｉ
１，３
１，３
保定地区纬度 ３８°１０′—４０°００′，２０１６年 １月 ２３日上午，计算的渡槽面朝正东边墙外壁平均太阳辐
２ ２
射 φ ｃｓ，１ ＝ １９４．９Ｗ?ｍ ，面朝正西边墙外壁平均太阳辐射 φ ｃｓ，２ ＝ ５５．８Ｗ?ｍ ；下午，渡槽面朝正西边墙外
２ ２
壁平均太阳辐射 φ ｃｓ，１ ＝ １９４．９Ｗ?ｍ ，面朝正东边墙外壁平均太阳辐射 φ ｃｓ，２ ＝ ５５．８Ｗ?ｍ ；底板外壁的地
２ ２
表平均太阳辐射反射 φ ｃｓ，３ ≈４４．５Ｗ?ｍ 。水面平均太阳辐射 φ ｓｎ ＝ ２８２．９Ｗ?ｍ 。
５．１ 风速和太阳辐射对渡槽外壁温度的影响 在上述计算条件下，可得如图 ５和图 ６所示渡槽外壁温
度 Ｔ与风速 Ｖ的关系曲线，图中：曲线 １、２分别为两边墙外壁的 Ｔ－ Ｖ，曲线 ３为底板外壁的 Ｔ－ Ｖ。
ａ
ａ
ｓ
ｓ
ａ
ｓ
在夜间没有太阳辐射，两边墙外壁温度相同。在白昼，由于两边墙太阳辐射的差别，两边墙外壁温度
差别较大，如图 ６所示。
图 ５ 夜间渡槽外壁温度随风速的变化 图 ６ 白昼渡槽外壁温度随风速的变化
观察图 ５和图 ６，可得下述结论：
１）渡槽外壁温度随风速的增加而下降，特别是在 ０ ≤Ｖ≤２ｍ?ｓ区间下降较快；
ａ
２）在夜间，底板外壁温度高于边墙外壁温度较大，而边墙外壁温度接近于气温；
３）在白昼太阳辐射的影响下，渡槽两边墙外壁温度相差较大，而底板外壁温度介于两边墙外壁温
度之间，同时朝阳面边墙外壁温度远远高于气温，特别是风速较小时，外壁温度随着风速的下降由负
转正。
５．２ 水体与渡槽热交换对水温和冰花沿程分布的影响 当取风速 Ｖ＝ Ｖ ＝ ３．０ｍ?ｓ，计算的渡槽夜间寒
ａ
ｚ
潮气温 Ｔ ＝－ １８．６℃时水温沿特征线的变化如图 ７所示，显然，水温 Ｔ 随离开渡槽进口距离 ｘ的增加
ａ ｗｐ
而近似线性下降，其中：曲线 １考虑了水体与渡槽的热交换，水温由进口水温 Ｔ ＝ ０．１℃下降到 ０℃
ｗ０
＝ ０和 ｈ ＝ ０ ，对应
计算的临界长度 ｘ ＝ １９５４ｍ ；曲线 ２没有考虑水体与渡槽的热交换，即取 φ ｗａｅ０ ｗａｅ
ｐｃ１
ｘ ＝ ２２７３ｍ，两者相差较大，偏差相对值 ｘ － ｘ ?ｘ ＝ １６％。由于 ｘ 和 ｘ 小于渡槽长度 Ｌ ＝ ２３００ｍ，
ｐｃ１
ｐｃ１
ｐｃ２
ｐｃ２
ｐｃ１
ｐｃ２
所以渡槽 Ｌ － ｘ 或者 Ｌ － ｘ 部分会产生冰花。在渡槽出口，对应 ｘ 的温度 Ｔ ＝－ ０．００１２℃；对应 ｘ
ｐｃ１ ｐｃ２ ｐｃ１ ｗｐ１ ｐｃ２
的温 度 Ｔ ＝－ ０．００１８℃。 根 据 式 （５４）， 可 得 渡 槽 出 口 含 冰 率 的 偏 差 相 对 值 Ｃ － Ｃ ?Ｃ ＝
ｗｐ２ ｉｐ２ ｉｐ１ ｉｐ１
Ｔ － Ｔ Ｔ ＝ ５０％。这一结果表明，在给定气象条件下，如果不考虑水体与渡槽热交换的影响，
ｗｐ２ ｗｐ１ ｗｐ１
则计算的渡槽出口含冰率比实际含冰率少 ５０％。从中可得一个重要结论：考虑水体与渡槽的热交换比
— １ ２ ５ —
３
