1）入口风速

计算中，四周边界根据来流风向的不同分别设置为风速入口和压力出口边界，模型地表设置为壁面边界，顶面设置为压力出口边界条件。离地高3 000 m以上部分入口风速V取为梯度风速，离地高3 000 m以下部分按B类地表风速随高度变化的指数规律进行设置，高程1 360 m处为入口处谷底。入口风速随高度变化如图4.11所示。当梯度风速V取50 m/s时，入口处风速可表示为

图4.11　入口风速随高度变化

2）温度边界

（1）温度随海拔变化

Wallace和Hobbs在1977年对美国的气象参数进行了实地调研，给出了美国标准大气温度垂直廓线，如图4.12（a）所示[133]。他们将大气沿垂直高度分为了对流层、平流层、中层及热层。大气中平流层底面高度一般离开地面10~15 km，平流层中温度一般在-70~-40℃波动。因此，取桥址区的平流层底离开地面高度为10 km。由于在平流层的下部存在一个约10 km高的等温层，因此，将离地高程10 km以上部分的入口温度取为恒温，数值取为对流层顶的温度值。离地高程10 km以下的对流层中按海拔升高1 000 m，温度降低6.5℃的线性变化规律进行设置[133-135]。计算区域中，最低海拔高程为1 360 m，现场实测表明桥址区6月份的地表平均气温为25℃。根据上述条件，计算区域入口处的梯度温度变化可表示为

图4.12　温度随海拔变化

计算区域中的温度垂直廓线如图4.12（b）所示。在FLUENT中，通过UDF编程将该梯度温度作为入口的温度边界条件。

（2）温度随时间变化

由于太阳照射的影响，地表和空气的温度在一天中是变化的。如图4.13所示为2013年6月份中下旬桥址区日温度现场实测波动规律。可知，桥址区每天温度的波动规律基本是一致的，8：00左右开始升温，15：00达到每天的最高温度。本书选用Kuo提出的经验公式对现场实测温度进行拟合[116]，拟合后的桥址区日温度波动经验公式为(www.daowen.com)

式中　T——温度值，℃；

L——相对观测点的海拔高程差，m；

θ——温度随海拔变化梯度，取为-0.006 5℃/m；

t——时间，h。

图4.13　日温度波动实测值

日温波动曲线如图4.13所示的红色实线。可知，拟合曲线能较好地代表桥址区的温度变化趋势。在非定常计算中，入口处的温度边界条件用式（4.9）进行描述，在FLUENT中，也可通过UDF实现该入口温度的输入。

3）太阳辐射

太阳辐射热量的大小用辐射强度来表示。它是指1 m2黑体表面在太阳照射下所获得的热量值，单位为W/m2。太阳辐射热强度可用仪器直接测量。太阳射线在到达大气层上界时，垂直于太阳射线方向的表面上的辐射强度I0=1 353 W/m2。I0也称太阳常数，是当太阳与地球距离为平均值时测量的。当太阳辐射射线到达大气层时，其中一部分辐射能量被大气层中的臭氧、水蒸气、二氧化碳及尘埃等吸收，另一部分被云层中的尘埃、冰晶、微小水珠及各种气体等反射或折射，形成漫无方向的散射辐射，也称天空辐射。其余未被吸收和散射的辐射能，则仍按原来的辐射方向，透过大气层沿直线继续前进，到达地面，故称此部分为直射辐射。到达地面的太阳辐射能量是直射辐射和散射辐射能量之和。

太阳直射辐射是指太阳平行光线直接投射到地面上的能量，故是有方向的，它受到一系列的因素影响。散射辐射可认为没有方向性，在晴天它只占总辐射能量的小部分，因此，太阳直射辐射是影响总辐射的主要因素。获得太阳辐射热量的方法有两种：一种是根据多年气象观测的典型气象年全年气象参数的逐时数据获得的；另一种是根据经纬度、太阳高度角等参数计算获得的。

太阳辐射量的计算与很多因素有关，如太阳高度角、太阳方位角等，同时还随时间变化而不断变化。本研究中，由于缺少太阳辐射现场实测值，太阳辐射的强度采用FLUENT的理论计算值。因此，在非定常计算中，通过UDF编程获取太阳辐射强度随时间的变化数据。在2013年6月20日，桥位处晴天太阳辐射的理论强度随时间的变化关系如图4.14所示。

图4.14　太阳辐射变化（2013年6月20日）