3826

Научный журнал строительства и архитектуры

9.ОДМ 218.2.040-2014. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации

по оценке аэродинамических характеристик сечений пролетных строений мостов / С. Д. Саленко, Ю. А. Гостеев, А. А. Кураев, А. Д. Обуховский, В. П. Однорал, Ю. В. Телкова. — Изд-во ФГУП «Информавтодор», 2014. — 76 c.

10. Braestrup, Mikael W. Footbridge Constructed from Glass-Fibre-Reinforced Profiles, Denmark / Mikael W. Braestrup // Structural Engineering International. — 1999. — Vol. 9, № 4. — P. 256—258.

11.Keller, T. Use of fibre reinforced polymers in bridge construction. SED 7 / Thomas Keller. — Zurich: IABSE, 2003. — 131 p.

12.Kulpa, M. Stiffness and strength evaluation of a novel FRP sandwich panel for bridge redecking, Composites Part B / M. Kulpa, T. Siwowski. — 2019. —https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.12.004.

13. Lebedev, A. A. Aerodynamic investigations of FRP pedestrian suspension bridge span / A. A. Lebedev, S. D. Salenko, A. D. Obukhovskiy, Yu. A. Gosteev, A. N. Yashnov // AIP Conference Proceedings. — 2019. — Vol. 2125:1. SP 030053. — P. 9. — https://doi.org/10.1063/1.5117435.

14.Ma, C. Aerodynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge under construction / C. Ma, Q. Duan, Q. Li, H. Liao, Q. Tao // Engineering Structures. — 2019. — № 184. — P. 232—246. — doi:10.1016/j.engstruct.2018.12.097.

15. Paidoussis, M. P. Fluid-Structure interactions cross-flow-induced instabilities / M. P. Paidoussis.

S.J. Price. E. de Langre. — Cambridge universitypress, 2011. — 402 p.

16.Potyrała, P. B. Use of fibre-reinforced polymers in bridge construction. State of the art in hybrid and allcomposite structures [Электронный ресурс] / P. B. Potyrała. — http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/12353.

17. Siwowski, T. Pierwszy w Polsce most drogowy z kompozytów FRP / T. Siwowski, M. Rajchel,

D.Kaleta, L. Własak // Inżynieria i Budownictwo. — 2016. — № 10, rok LXXII. — P. 534—538.

18.Skinner, J. M. A critical analysis of the aberfeldy footbridge / J. M. Skinner // Proceeding of Bridge Engineering 2 Conferences in University of Bath. — UK, 2009. — www.bath.ac.uk/ace/uploads/StudentProjects/ Bridgeconference2009/Papers/SKINNER.pdf.

19.William, J. Harvey. A Reinforced Plastic Footbridge / William J. Harvey // Aberfeldy, UK, Structural Engineering International. — 1993. — 3:4. — P. 229—232. — 10.2749/101686693780607589.

References

1.Zelenskii, E. S. Armirovannye plastiki — sovremennye konstruktsionnye materialy / E. S. Zelenskii,

A.M. Kuperman, Yu. A. Gorbatkina i dr. // Rossiiskii khimicheskii zhurnal (Zhurnal Rossiiskogo khimicheskogo obshchestva im. D. I. Mendeleeva). —2001. — T. XLV, № 2. — S. 56—74.

2.Ivanov, A. N. Polimernye kompozity v mostostroenii / A. N. Ivanov, A. N. Yashnov // Politransportnye sistemy: materialy VIII Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii v ramkakh goda nauki Rossiya — ES «Nauchnye problemy realizatsii transportnykh proektov v Sibiri i na Dal'nem Vostoke». — Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2015. — S. 115—120.

3.Ivanov, A. N. Sovershenstvovanie konstruktsii i metodiki rascheta proletnykh stroenii mostov s nesushchimi elementami iz kompozitsionnykh materialov: dis…. kand. tekh. nauk.: 05.23.11 / Artem Nikolaevich Ivanov; Novosib. gos. un-t putei soobshcheniya. — Novosib., 2015. — 183 s

4.Kazakevich, M. I. Aerodinamika mostov / M. I. Kazakevich. — M.: Transport, 1987. — 240 s.

5.Kazakevich, M. I. Khaos v aerouprugikh sistemakh / M. I. Kazakevich // Metallicheskie konstruktsii. — 2008. — T. 14, № 4. — S. 217—225.

6.Lebedev, A. A. Kraschetu ortotropnoi plityiz polimernykh kompozitsionnykh materialov / A. A. Lebedev,

S.Yu. Polyakov // Sovremennye problemy estestvennykh i tekhnicheskikh nauk: materialy 24-i mezhvuzovskoi (Regional'noi) nauch.-stud. konf. «Intellektual'nyi potentsial Sibiri» (Novosibirsk, 24—25 maya 2016 g.). — Novosibirsk: Sibstrin, 2016. — S. 105—109.

7.Opredelenie aerodinamicheskikh koeffitsientov secheniya proletnogo stroeniya visyachego mosta iz polimernykh kompozitsionnykh materialov / Yu. A. Gosteev, A. A. Lebedev, A. D. Obukhovskii i dr. // Vestn. Sib. gos. un-ta putei soobshcheniya. — Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2019. — Vyp. 51. — S. 53—62.

8.Yashnov, A. N. Sinergeticheskii effekt sochetaniya kompozitsionnykh materialov i visyachei sistemy /

A.N. Yashnov, A. A. Lebedev // Modernizatsiya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse: materialy mezhdunarodnoi nauch.-prakt. konf., Perm', 14—15 aprelya 2016 g. — Perm': Izd-vo PNIPU, 2016. — S. 335—337.

9.ODM 218.2.040-2014. Otraslevoi dorozhnyi metodicheskii dokument. Metodicheskie rekomendatsii po otsenke aerodinamicheskikh kharakteristik sechenii proletnykh stroenii mostov / S. D. Salenko, Yu. A. Gosteev,

A.A. Kuraev, A. D. Obukhovskii, V. P. Odnoral, Yu. V. Telkova. — Izd-vo FGUP «Informavtodor», 2014. — 76 c.

IABSE, 2003. — 131 p.

70

12. Kulpa, M. Stiffness and strength evaluation of a novel FRP sandwich panel for bridge redecking, Composites Part B / M. Kulpa, T. Siwowski. — 2019. —https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.12.004.

13. Lebedev, A. A. Aerodynamic investigations of FRP pedestrian suspension bridge span / A. A. Lebedev, S. D. Salenko, A. D. Obukhovskiy, Yu. A. Gosteev, A. N. Yashnov // AIP Conference Proceedings. — 2019. — Vol. 2125:1. SP 030053. — P. 9. — https://doi.org/10.1063/1.5117435.

14.Ma, C. Aerodynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge under construction / C. Ma, Q. Duan, Q. Li, H. Liao, Q. Tao // Engineering Structures. — 2019. — № 184. — P. 232—246. — doi:10.1016/j.engstruct.2018.12.097.

15. Paidoussis, M. P. Fluid-Structure interactions cross-flow-induced instabilities / M. P. Paidoussis.

S.J. Price. E. de Langre. — Cambridge universitypress, 2011. — 402 p.

16.Potyrała, P. B. Use of fibre-reinforced polymers in bridge construction. State of the art in hybrid and allcomposite structures [Электронный ресурс] / P. B. Potyrała. — http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/12353.

17. Siwowski, T. Pierwszy w Polsce most drogowy z kompozytów FRP / T. Siwowski, M. Rajchel,

D.Kaleta, L. Własak // Inżynieria i Budownictwo. — 2016. — № 10, rok LXXII. — P. 534—538.

18.Skinner, J. M. A critical analysis of the aberfeldy footbridge / J. M. Skinner // Proceeding of Bridge Engineering 2 Conferences in University of Bath. — UK, 2009. — www.bath.ac.uk/ace/uploads/StudentProjects/ Bridgeconference2009/Papers/SKINNER.pdf.

19.William, J. Harvey. A Reinforced Plastic Footbridge / William J. Harvey // Aberfeldy, UK, Structural Engineering International. — 1993. — 3:4. — P. 229—232. — 10.2749/101686693780607589.

INVESTIGATION OF A SUSPENSION BRIDGE

WITH MAIN FIBERGLASS BEAMS BY MEANS OF THE FINITE ELEMENT METHOD

Yu. A. Gosteev 1, A. A. Lebedev 2, S. D. Salenko 3, A. N. Yashnov 4

Novosibirsk State Technical University 1, 3

Russia, Novosibirsk

Siberian State University of Railways 2, 4

Russia, Novosibirsk

1PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Aerohydrodynamics, tel.: +7-913-896-56-21, e-mail: gosteev@corp.nstu.ru

2PhD student of the Dept. of Bridge Construction, tel.: +7-999-450-96-82, e-mail: a.a.lebedev_mt@mail.ru

3D. Sc. in Engineering, Prof., Head of the Dept. of Aerohydrodynamics, Dean of the Faculty of Aircrafts, tel.: +7-913-896-56-21, e-mail: salenkosd@yandex.ru

4PhD in Engineering, Assoc. Prof., Head of the Dept. of Bridge Construction, tel.: +7-383-238-04-90,

e-mail: yan@stu.ru

Statement of the problem. Currently, the search for design solutions for the use of polymer composite materials, including fiberglass, in the load-bearing structures of bridges is ongoing. Researchers are working on improving the manufacturing techniques of these materials, their physical and mechanical properties as well as the method of calculating polymer composite materials. From this perspective, this article focuses on the calculation of a suspension bridge with main fiberglass beams.

Results. Finite element models of suspension single-span pedestrian bridges were designed. Theyare calculated taking into account the geometric nonlinearity. The paper proposes a method for compensating material defects in a constructive way to meet the requirements of design standards for deflections. The procedure for regulating the forces in the elements of the suspended system of increased rigidity by S. A. Tsaplin is identified.

Conclusions. The calculation of suspension bridges on the basis of the main combination of loads showed that the method of structural compensation of material disadvantages provides the requirements of design standards for strength and deflections. Based on the results of the study, the critical wind resonance speeds for the main beam of the suspension bridge with a length of 60 m was calculated. For a wind with a speed of 35 m/s, the minimum margin for some sections was 25 %. The results obtained indicate that it is necessaryto continue aerodynamic research.

Keywords: aerodynamics, wind resonance, suspension bridge, galloping, geometrically nonlinear calculation, divergence, finite element model, critical wind speed, polymer composite material, fiberglass.

71

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.36622/VSTU.2020.58.2.006

УДК 625.768.5

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТЛОЖЕНИЯ СНЕГА НА АВТОМАГИСТРАЛЯХ В ПРОГРАММЕ FLOWVISION

Т. В. Самодурова 1, О. В. Гладышева 2, Н. Ю. Алимова 3, Е. А. Бончева 4

Воронежский государственный технический университет 1, 2, 3, 4 Россия, г. Воронеж

1Д-р техн. наук, проф. кафедры проектирования автомобильных дорог и мостов, тел.: (743)271-52-02, e-mail: samodurova@vgasu.vrn.ru

2Канд. техн. наук, доц. кафедры проектирования автомобильных дорог и мостов, e-mail: ov-glad@ya.ru

3Канд. техн. наук, доц. кафедры проектирования автомобильных дорог и мостов, e-mail: natalimowa@ya.ru

4Аспирант кафедры проектирования автомобильных дорог и мостов, e-mail: evgesha3581@rambler.ru

Постановка задачи. Рассмотрена задача моделирования отложения снега во время метелей на автомагистралях с барьерными ограждениями в программе FlowVision.

Результаты. В качестве опытного участка рассмотрен участок автомагистрали, проходящий в насыпи. Создана геометрическая модель участка автомагистрали. Обоснованы информационные ресурсы для создания гидродинамической модели обтекания насыпи автомагистрали с барьерными ограждениями снеговетровым потоком во время метелей. Проведено моделирование процесса снегонакопления на опытном участке с использованием программного комплекса FlowVision во время метелей с различными параметрами.

Выводы. Сделан вывод о возможности применения программного комплекса FlowVision для совершенствования методики назначения снегозащитных устройств и определения параметров снегоочистки при зимнем содержании автомобильных дорог.

Ключевые слова: зимнее содержание автомобильных дорог, автомагистраль, снегоотложения, моделирование, метель.

Введение. В зимний период метели — одно из наиболее опасных погодных явлений с точки зрения обеспечения безопасности дорожного движения. Метели часто сопровождаются ухудшением видимости, сильным порывистым боковым ветром, отложением снега на дорожном покрытии, что способствует возникновению опасных ситуаций, вплоть до остановки движения. Дорожная служба во время метелей переводится в режим повышенной готовности, организуется непрерывное патрулирование трассы и уборка дорог от снега, организуются передвижные пункты обогрева. При продолжительных метелях с большими объемами снегоприноса производят ограничение движения по дорогам. Таким образом, при зимнем содержании дорог контроль текущего состояния дорожного покрытия и предупреждение критических ситуаций — актуальная задача, решение которой направлено на повышение безопасности дорожного движения.

Заносимость дорог снегом определяется физическими процессами обтекания поперечного профиля земляного полотна снеговетровым потоком, а отложение метелевого снега происходит за счет изменения его скорости.

Для экспериментального исследования процессов отложения снега во время метелей около различных препятствий в течение долгого времени широко применялись аэродинамические тоннели, в которых воссоздавалась метелевая деятельность. Аэродинамические тоннели конструировали в России [1, 8], Японии [17], Франции [20], США [14, 21], Китае [15, 18], Румынии [16] и других странах [12, 13, 19]. При этом практически не использовались

© Самодурова Т. В., Гладышева О. В., Алимова Н. Ю., Бончева Е. А., 2020

72

полномасштабные модели из-за большой стоимости их сооружения. Моделирование проводилось с помощью уменьшенных моделей с соблюдением критериев теории подобия.

В настоящее время в связи с активным развитием информационных технологий, методов математического моделирования и появлением специальных программных средств стало возможным применение программно-вычислительных комплексов, в которых с высокой точностью можно смоделировать любые физические процессы, в том числе и переносы снега при метелях.

Цель проведенного исследования — обоснование физических параметров для моделирования отложений снега на автомагистралях с барьерными ограждениями при различных режимах прохождения метелей. Объект исследования — программный комплекс FlowVision. Предмет исследования — процесс отложения снега во время метели на участке автомагистрали, проходящем в насыпи.

1. Физическая постановка задачи формирования снежных отложений на насыпи земляного полотна автомобильной дороги. Опыты, проведенные при продувании моделей насыпей в аэродинамическом тоннеле, позволили подтвердить гипотезу, что схема движения снеговетрового потока при метели соответствует схеме движения потока жидкости у сплошного, плоского, возвышающегося препятствия [6]. Согласно этой схеме снеговетровой поток, подходя к возвышающемуся препятствию, испытывает сжатие, вызываемое этим препятствием.

Рассмотрим физическую постановку задачи с использованием схемы насыпи земляного полотна автомобильной дороги, приведенную на рис. 1.

Рис. 1. Схема формирования снежных отложений на насыпи земляного полотна автомобильной дороги с расчетными сечениями:

I — наветренная обочина; II — наветренная проезжая часть; III — разделительная полоса;

IV — подветренная проезжая часть; V — подветренная обочина

Так как земляное полотно автомобильных дорог является объемным препятствием, то перед насыпью образуется зона торможения, в которой происходит снижение скорости снеговетрового потока и изменение направления его движения. Над насыпью образуется зона с повышенными скоростями, так как здесь через уменьшенное сечение проходит тот же объем снеговетрового потока, что и вдали от препятствия. Эта зона расположена над наветренной бровкой и частично над проезжей частью земляного полотна, у подветренной бровки земляного полотна наблюдается уменьшение скорости снеговетрового потока. Уменьшение скорости над насыпью при одной и той же ее высоте зависит от геометрических параметров верха земляного полотна, в основном от его ширины. Чем больше ширина земляного полотна, тем больше снижение скорости снеговетрового потока над подветренной бровкой.

2. Применение программного комплекса FlowVision для исследования процессов отложения снега. На сегодняшний день наибольшее распространение для моделирования физических процессов получили программно-вычислительные комплексы Flow3D, Fluent, Simulation CED, разработанные в США, и FlowVision, разработанный в России компанией «ТЕСИС» и использованный нами при проведении исследований [10].

Программный комплекс FlowVision предназначен для численного моделирования трехмерных течений жидкости и газа [10]. В основе расчетов — надежные математические моде-

73

Научный журнал строительства и архитектуры

ли физических процессов, эффективные численные методы их реализации, высокоточные разностные схемы. Реализованные модели физических процессов позволяют исследовать сложные течения, в том числе и обтекание насыпи автомагистрали снеговетровым потоком. При моделировании снеговетровой поток принимается как двухфазный поток вязкой несжимаемой жидкости [5, 7].

Основной задачей FlowVision является численное решение уравнений вычислительной гидродинамики, основным из которых является система уравнений Навье-Стокса, описывающая движение вязкой несжимаемой жидкости [10]. Уравнение движения для трехмерного потока:

где υ, ν, ω — составляющие скорости потока по координатам х, у, z; ρ, p, µ — плотность, давление и вязкость воздуха; t — время.

Система уравнений Навье-Стокса может применяться для описания процесса обтекания снеговетровым потоком различных препятствий, в том числе и поперечного профиля насыпи автомобильной дороги.

Программный комплекс FlowVision разделен на три части: препроцессор, солвер и постпроцессор [10].

В препроцессоре осуществляется:

импорт геометрической модели исследуемого объекта, созданной в различных системах автоматизированного проектирования;

интерактивное задание граничных условий на поверхностях;

задание всех исходных данных и параметров задачи.

Солвер обеспечивает численное решение задачи, и для пользователей он невидим. Работа в нем сводится к запуску начала вычислений и к их остановке.

Постпроцессор FlowVision позволяет проводить визуальный анализ сложных трехмерных течений жидкости.

3. Создание геометрической модели автомагистрали с барьерными ограждениями.

Для моделирования снегонакопления на насыпях автомагистралей в препроцессоре была создана геометрическая модель автомагистрали с барьерными ограждениями и задана совокупность параметров гидродинамической модели, определяющих взаимодействие веществ в расчетной области.

Для разработки геометрической модели использовался реальный участок автомагистрали на федеральной трассе М-4 «Дон», км 530.

Геометрические параметры участка трассы приведены в табл. 1.

Опытный участок трассы имеет несколько рядов барьерных ограждений для обеспечения безопасности движения. Схема барьерного ограждения с необходимыми геометрическими размерами приведена на рис. 2.

74

При высоте стандартного ограждения H = 0,75 м и высоте просвета h = 0,44 м его просветность составляет δ = 0,6.

На выбранном участке ведется постоянное видеонаблюдение с помощью видеокамер, размещенных на трассе, которые входят в состав системы погодного мониторинга [3, 11].

Видеоизображение участка автомагистрали на федеральной трассе М-4 «Дон», км 530 в зимний период приведено на рис. 3.

Схема расстановки ограждений приведена на рис. 4.

Рис. 3. Видеоизображение участка автомагистрали на федеральной трассе М-4 «Дон», км 530

75

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 4. Схема расстановки ограждений на участке автомагистрали

Проведен анализ снегозаносимости участка дороги. В соответствии с СП 34.13330.2012 «Автомобильные дороги» высота снегонезносимой насыпи h определяется по формуле

вышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова для обеспечения ее незаносимости, м.

Расчетная высота снегового покрова с вероятностью превышения 5 % в районе опытного участка составляет hs = 0,48 м [9], возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова для дорог категории I необходимо назначать не менее 1,2 м, следовательно, высота снегонезносимой насыпи составит h = 1,68 м.

Так как насыпь на данном участке имеет высоту 2,0 м, то он не относится к категории среднезаносимого или сильнозаносимого. Но участок интересен для исследования тем, что на нем имеется 4 ряда барьерных ограждений, снижающих скорость снеговетрового потока и способствующих отложению метелевого снега на дорожном покрытии, а также на нем отсутствуют средства снегозащиты, и весь объем приносимого при метели снега имеет доступ к проезжей части дороги [2].

Геометрическая модель выполнена в программе 3D MAX с помощью техники Cube modeling. Она представляет собой замкнутую геометрическую фигуру, приближенную к параллелепипеду, в объеме которого находится насыпь, расположенная под углом 90° к входу в канал. Геометрическая модель опытного участка автомагистрали с барьерными ограждениями представлена на рис. 4.

Рис. 4. Геометрическая модель опытного участка автомагистрали с барьерными ограждениями на федеральной трассе М-4 «Дон», км 530

Длина канала обусловлена расстоянием от обтекаемого тела до границ области, которое задается таким образом, чтобы граничные условия, заданные на данных границах, не вноси-

76

ли возмущения в поток около обтекаемого тела. В данной задаче требуется разрешить поток в области барьерных ограждений, которые и были приняты за объект обтекания. Ширина канала выбрана в соответствии с длиной участка автомагистрали. Высота канала принята в соответствии с тем, что на этой высоте будет отсутствовать влияние объекта обтекания на полевую скорость снеговетрового потока. Под полевой скоростью снеговетрового потока понимается скорость потока в свободном состоянии при отсутствии препятствий. Основные размеры модели и аэродинамического канала приведены в табл. 2.

Таблица 2

Размеры модели автодорожной насыпи и аэродинамического канала

4. Обоснование параметров, определяющих взаимодействие веществ в расчетной области. В программном комплексе FlowVision работа по созданию гидродинамической модели включает в себя: общие установки, задание веществ, определение геометрических объектов, формирование фаз, установку начальных данных, создание и присвоение граничных условий.

Перечень параметров общих установок и их характеристики приведены в табл. 3.

Таблица 3

Параметры общих установок, определяемые для всей расчетной области

Для моделирования снеговетрового потока воздушный поток был определен веществом «Воздух_Газовая (равновесная)» и выбран из базы веществ, имеющихся в программе, а его характеристики установлены автоматически.

Снег определен веществом «Вода_Твердая», то есть вода в твердом агрегатном состоянии. Но так как по умолчанию плотность воды в таком состоянии 917,5 кг/м3 (при температуре −5 °С) не соответствует плотности снега, то числовое значение плотности снега было введено вручную и принято в соответствии с данными, полученными из специального справочника [4]. Для моделирования принято значение плотности снега δ = 50 кг/м3, соответствующее типу «Рыхлый сухой свежевыпавший снег».

Снеговетровой поток является двухфазным потоком [5, 7], и каждая фаза определяется веществами и физическими процессами. Для каждого физического процесса в программном комплексе FlowVision устанавливается математическая модель, в соответствии с которой

77

Научный журнал строительства и архитектуры

производится моделирование. Описание параметров, определяющих при метелях взаимодействие веществ в расчетнойобласти, приведено в табл. 4.

Для моделирования переноса снега в расчетной области была задана расчетная модель и граничные условия для элементов, ограничивающих расчетную подобласть. Граничные условия необходимы для задания параметров среды, находящейся на границе расчетной области, а также для связывания двух разных объемов. Граничные условия определены на реально существующих границах (например, на поверхности тела в потоке газа) и искусственно очерченных границах, которыми расчетная область отделяется от остального мира.

5. Моделирование снегоотложений на автомагистралях при различных режимах прохождения метелей. Проведено моделирование снегоотложений для снеговетровых потоков при различных скоростях ветра во время метели: 15, 20, 25 и 30 м/c. Исходные данные для моделирования приведены в табл. 5 [4].

Для проведения расчета геометрическая модель была покрыта расчетной сеткой, созданной в два этапа.

На первом этапе произведено формирование начальной сетки.

Начальная декартовая сетка задана в виде трех одномерных сеток вдоль каждой оси декартовых координат. Определено количество ячеек этих сеток, размеры которых обусловлены размерами модели.

Ось X. В данном направлении основной задачей является исследование снеговетрового потока в районе барьерных ограждений. Количество ячеек задается соразмерно ограждению. Размер ячейки должен быть меньше, чем размер ограждений в соответствующем направлении. Это условие учитывается также при измельчении сетки на втором этапе.

Ось Y. Главной задачей при определении параметров ячеек по оси Y является контроль выпавшей дисперсной фазы, поэтому высота снежного покрова должна быть соразмерна ячейке.

Ось Z. При определении параметров ячеек по оси Z учитывается наличие стоек ограждений. Для включения их в расчет необходим размер ячейки, соразмерный со стойкой.

Параметры ячеек сетки в районе барьерных ограждений по осям X, Y, Z приведены в табл. 6. Вид начальной сетки приведен на рис. 5.

78

Рис. 5. Вид начальной сетки

На втором этапе производится сгущение сетки для проведения расчетов — адаптация начальной сетки.

Адаптация начальной сетки позволяет довести расчетную сетку до требуемых по точности результатов значений, не завышая ее размер в областях, где это не требуется, что обеспечивает возможность упростить расчет. В данной модели проведена адаптация первого уровня, когда ячейки начальной расчетной сетки разбиты на две части по высоте, ширине и длине [8].

При моделировании проводился контроль следующих параметров:

1.Скорость сплошной фазы (ветер), которая определяет скорость и интенсивность переноса снега за единицу времени;

2.Скорость дисперсной фазы (снег), которая определяет количество снега, переносимого за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной снеговетровому потоку.

В результате моделирования были определены доли сплошной и дисперсной фаз при различных скоростях ветра во время метели: 15, 20, 25 и 30 м/c.

На рис. 6 представлено распределение основных параметров снеговетрового потока при скорости ветра 20 м/с в графическом виде.

При моделировании производилось отслеживание дисперсной фазы в расчетных сечениях земляного полотна опытного участка автомагистрали. Каждое расчетное сечение состоит из большого количества ячеек. Расчетными сечениями являются: наветренная и подветренная обочины, наветренная и подветренная проезжая часть, а также разделительная полоса, которые показаны на рис. 1. Общее число ячеек для рассматриваемого опытного участка составило 19153 шт.

Распределение скорости дисперсной фазы, приведенное на рис. 6а позволяет проанализировать изменение скорости дисперсной фазы при обтекании автомагистрали с барьерными ограждениями.

79