工况2—工况6进行了来流风速为0.0 m/s时，分别考虑山体温度、太阳辐射、空气梯度密度及空气梯度温度4个热力因素的数值模拟分析，讨论了各种影响因素对桥址区温度、空气密度和风速的影响。

1）温度

不同工况下桥址区地表温度如图4.19所示。由图4.19（a）可知，当所有热力因素均不考虑时，桥址区的地表温度是均匀的。由图4.19（b）可知，仅考虑地表因海拔高差引起的梯度温度后，地表温度的计算结果呈现出随海拔高度增加而温度递减的情况。在海拔较高的西侧山顶地表温度趋于0.0℃，桥址区河谷内底部温度较高，达到了28.0℃，整个计算区域地表温度表现出和海拔高度线性相关的变化规律。由图4.19（c）可知，同时考虑地表梯度温度和太阳辐射后，在太阳照射面山体上的地表温度较高，最高温度达到42.0℃，较不考虑太阳辐射时升高了15.0℃。在太阳不能直射的背太阳侧山体上温度较低，这与桥位处现场考察规律是基本一致的。由图4.19（d）可知，考虑空气密度梯度后，地表温度有进一步升高的趋势，这是由于计算域中的空气总质量较不考虑空气密度梯度时有明显减小，因此，空气对流带走热量的能力有所减弱。此时，地表的最高温度达到了47.0℃，最高温度出现的位置并不是在海拔最低处的河谷位置，而是海拔相对较低且太阳也能直射到的山坡上。图4.19（e）为4个因素同时考虑后地表温度的分布，与图4.19（d）相比，考虑空气梯度温度后地表的温度有所降低，这是因高空的冷空气会明显向下沉降，从而带走地表部分热量，使地表温度有所降低。

不同工况下桥轴线剖面的温度如图4.20所示，可知，增加地表温度效应、太阳辐射效应和空气密度梯度效应后，桥轴线剖面上的温度云图有明显改变，这几个热力因素对计算域内的温度场影响均较明显。当所有热力因素均不考虑时，桥轴线剖面上的温度如图4.20（a）所示。可知，整个断面温度是均匀的，此时空气没有因热力而发生对流。图4.20（b）—（d）分别为考虑不同热力因素后的温度云图。可知，考虑地表温度效应后桥轴线上的温度明显升高，同时地表散发出热量使得靠近地表的空气温度升高更加明显。热量在河谷位置处有聚集的现象，这是因河谷底部存在较大的漩涡区。考虑太阳辐射后，太阳直射山体的温度较高，同时地表热量传递至空气中使靠近地表的空气温度也较高。考虑空气密度梯度和温度梯度后整个断面上的对流更强烈，导致整个断面温度更趋于不均匀，并且高空的冷空气有明显下沉现象，导致地表温度有所降低。

图4.19　桥址区地表温度（单位：K）

图4.20　桥轴线剖面温度（单位：K）

2）空气密度

不同工况下桥轴线剖面的密度变化如图4.21所示，工况2—工况4均没有考虑空气的密度梯度，因此，空气密度在整个计算区域内是均匀的，其数值等于来流空气密度。这3个工况桥轴线剖面上的空气密度如图4.21（a）所示。工况5和工况6考虑了空气密度梯度，其计算结果如图4.21（b）、（c）所示。可知，空气密度随着海拔和温度的变化而变化，在较低海拔的河谷内密度较大，随着海拔高度的增加，空气密度有明显减小，且这种减小的量级已不能轻易忽略。

3）风速

不同工况下桥轴线剖面的竖向风速如图4.22所示。由图4.22（a）可知，当所有因素均不考虑时，桥位处的最大竖向风速仅为0.01 m/s，基本趋于0.0 m/s。当考虑地表温度效应后的竖向风速如图4.22（b）所示。可知，此时竖向风速有明显的增加，在东侧山坡上的最大竖向风速达到了3.0 m/s，并且在桥面上空形成了一个明显的漩涡区域。图4.22（c）为地表温度效应和太阳辐射同时考虑后的竖向风速云图。可知，竖向风速有进一步增加，大风的区域有明显扩大，同时因右侧河岸山体受到太阳辐射的影响更明显，使右侧山坡上空也出现明显的上升气流区。考虑温度梯度和密度梯度后的竖向风速如图4.22（d）、（e）所示。可知，增加这两个因素后，竖向风速有所降低，这是因地表温度受高空冷空气的作用而降低，从而进一步导致风速有所减小。

图4.21　桥轴线剖面密度（单位：kg/m3）(www.daowen.com)

图4.22　桥轴线剖面竖向风速（单位：m/s）

不同工况下桥轴线剖面水平风速如图4.23所示。由图4.23（a）可知，当所有因素均不考虑时，桥位处的最大风速均接近于0.0 m/s，与来流风速相当。由图4.23（a）—（e）可知，考虑各种影响因素后，风速开始迅速增加，特别是当考虑地表温度效应后，水平风速增加最为明显。由图4.23（b）可知，考虑地表温度后桥面高度处的水平风速最大达到了5.2 m/s。由图4.23（e）可知，当所有因素均考虑时，桥面高度处的风速在6.0 m/s左右。由上述分析可知，在所有的影响因素中，地表温度效应对桥址区的水平风速影响最明显。

图4.23　桥轴线剖面-水平风速（单位：m/s）

不同工况下主梁总风速的变化如图4.24所示。不考虑热力效应时，主梁高度处的风速趋于0.0 m/s；考虑不同的热力影响因素后，主梁高度处的风速在2.5~6.4 m/s变化。计算表明，热力效应可引起风速较大的局部大风。对比几个影响因素可知，山体的局部温差和太阳辐射是引起局部大风的主要因素。考虑空气的密度梯度后，温度变化对密度的影响减小，风速有所降低；考虑空气温度梯度后，垂直高度上温度的变化量增加，风速又有一定程度的增加。

图4.24　主梁高度处风速

4）桥轴线剖面流线

不同工况下桥轴线剖面的流线如图4.25所示。由图4.25（a）可知，当所有因素均不考虑时，桥位处存在两个较小的漩涡区域，整体流动趋势为从右到左。图4.25（b）为考虑地表温度效应后的流线。此时，整个区域的流动趋势为自左向右，并且可看出整个区域表现出高空空气向下流动的特性。图4.25（c）为同时考虑太阳辐射和地表温度效应后的流线。在桥面高度处有一个明显的漩涡区域，在漩涡的边缘风速较大，并且在桥面高度处仍然表现出至左向右的流动特性。图4.25（d）和（e）为考虑密度梯度和温度梯度后的流线图。可知，考虑这两个影响因素后桥位处的流动显得更加紊乱，特别是在图4.25（e）中，存在着较大的漩涡区域，桥面高度处沿桥轴线方向的空气流向和攻角均有明显的变化。

图4.25　桥轴线剖面流线