科技日报讯(记者朱虹)记者近日从哈尔滨工业大学获悉,国家重大科研仪器研制项目“大跨空间结构风—雨—热—雪全过程联合模拟试验系统”研制成功。该系统的研制成功,为深入揭示大跨空间结构风—雨—热—雪耦合作用下屋面积雪全过程演变机理提供了全球首个试验平台,标志着中国冰雪工程研究正式迈入全要素耦合时代。
记者走进哈尔滨工业大学风工程实验室,一座体育馆缩尺模型正承受着极端气候的考验。零下15℃的寒风中,人造雪粒被狂风卷成漩涡;热辐射灯阵骤然亮起,模拟正午烈日;降雨喷嘴,同步在喷洒冰雨。这正是国家重大科研仪器研制项目“大跨空间结构风—雨—热—雪全过程联合模拟试验系统”的日常测试。
哈尔滨工业大学土木工程学院教授范峰介绍,近年来,全球极端冰雪灾害频发,寒冷地区每年遭受不同程度的雪致工程灾害,大跨空间结构由于自身特点与应用广泛性,雪致工程灾害后果更为严重。
传统研究如同盲人摸象,现场实测依赖自然条件,数值模拟难解相变机理,风雪试验无法复现太阳辐射下的积雪消融。因此,如何科学确定复杂形状屋面的雪荷载,一直是困扰设计人员的难题。
为了能够清晰认识在风、雨、热等环境因素影响下,屋面积雪的堆积—消融—结晶—再堆积演变全过程机理,真实再现大跨空间结构屋面积雪环境,团队打造了这件模拟极端冰雪气候的利器。
“我们压缩了自然气候的时空尺度。”团队成员张清文副教授指着实时监测屏介绍说,“风雪模块启动后,建筑模型屋面逐渐呈现自然堆雪过程;热辐射模块介入后,屋脊积雪渐成冰水混合物;而降雨模块喷射的过冷水滴撞击积雪表面,瞬间形成致命冰壳。”
通过各子系统的配合使用,该系统可创造性地解决风、雨、热、雪多因素条件下,屋面积雪连续累积变化全过程模拟研究的问题,最大程度还原屋面积雪堆积—漂移—消融—结晶—再堆积的周期性变化过程,从而获取最为真实的大跨屋面雪荷载研究数据。
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