[科普中国]-雷诺数效应

国外研究进程

桥梁断面雷诺数效应是一复杂的课题，学术界一直片面地认为有尖锐边角的结构断面雷诺数影响可以忽略不计，除非试验雷诺数和实际雷诺数相差特别大（如3个数量级），因此桥梁断面的雷诺数效应一直没有引起较多学者的关注。国内外进行桥梁断面雷诺数效应研究的学者很少，文献也屈指可数。1

上世纪80年代初，Schewe在压力风洞中研究了圆柱及桥梁断面的雷诺数效应，发现雷诺数效应在这些断面中不同程度的存在着，认为雷诺数对Strouhal数有一定影响。

Schewe研究了机翼、圆柱和桥梁断面（大海带东桥引桥断面）尾迹区形状随雷诺数变化规律，认为雷诺数对三分力的影响体现在其对尾流形状的影响，Schewe的研究侧重于证实钝体断面中存在雷诺数效应。

Barre等人在测量Normandi桥不同缩尺模型（缩尺比分别为1：10、1：50、1：200）三分力时发现，它们的三分力系数曲线不重合，而升力系数―角度曲线相差较大，最后归结为雷诺数效应。

Larsen与Schewe在压力风洞中还证实：导致大海带东桥引桥实测涡振频率、涡振起振风速、涡振振幅与低速风洞试验结果不一致的原因是该桥断面的雷诺数效应。在雷诺数Re=3×104-4×106范围内，他们研究了大海带东桥引桥断面的三分力系数、Strouhal数随雷诺数变化。但因未对其他桥梁断面进行研究，其结论不具有普遍性。

香港昂船洲（Stonecutters）桥风洞试验时发现1：20和1：80模型的涡振振幅相差很大，也被认为是由雷诺数效应引起的。Kubo测量了风嘴相同但宽高比不同的矩形断面Strouhal数随雷诺数变化，还实测了IKARA桥表面压力，并与风洞试验相比较。Kubo的研究发现H型断面及IKARA桥断面的Strouhal数对雷诺数Re依赖性是明显的。

2006年，G.L.Larose进一步总结了包括大带东桥、Ikara桥和IHI桥高低雷诺数试验对比研究的结果，认为丹麦大带东桥西引桥、昂船洲桥和Ikara桥断面对雷诺数敏感，但大带东桥主桥和IHI桥断面对雷诺数不敏感。在雷诺数范围为1.1×103~1.6×106，Matusda测量了中央开槽闭合箱梁断面的静力三分力和非定常气动力，研究中央开槽率对截面气动特性影响，认为桥梁断面中可能存在静气动力系数及非定常气动力系数雷诺数效应。2

国内进展成就国内进行雷诺数效应研究的学者非常少，而研究桥梁断面雷诺数效应的就更少。

徐有恒教授用测压法研究了组合椭圆断面的雷诺数效应，认为紊流度较大（如15%）时，雷诺数效应就会自准。

孙天风、顾志福等人在亚临界雷诺数区研究紊流度对圆柱表面压力分布影响，并研究了高雷诺数区二维双圆柱动态压力。

李加武攻读博士学位期间在项海帆、林志兴指导下，在国内较早开始了雷诺数效应研究，研究了两类典型桥梁断面的雷诺数效应，最高雷诺数达到105。研究发现在试验的雷诺数范围内Π形断面的阻力系数随雷诺数增加而略微增加，宽高比对两类断面的三分力系数雷诺数效应没有质的影响。还研究了紊流度，表面粗糙度对三分力系数雷诺数效应影响。

金挺、林志兴在研究苏通桥三分力系数雷诺数效应时发现，带有栏杆的桥梁闭合箱梁断面雷诺数高达106以后，阻力系数对雷诺数不敏感。

张伟研究了高低雷诺数下的分离双箱涡振性能，发现按照低雷诺数试验结果来换算实桥涡振振幅值将大于采用高雷诺数试验结果换算得到的实桥振幅值，并且研究发现导流板的抑振作用也具有雷诺数效应。

周志勇利用数值分析方法分析了大海带东桥引桥和苏通大桥的主梁断面的三分力系数及Strouhal数，结果表明雷诺数对这两种断面的三分力系数及St数的影响不可忽略。除此之外，国内暂时没有见到其它学者进行桥梁断面雷诺数效应研究的报道。

研究现状尽管国内外学者针对桥梁断面雷诺数效应开展了大量研究，但因桥梁断面雷诺数效应问题很复杂，上述学者对雷诺数效应研究主要集中于澄清桥梁断面中是否存在雷诺数效应。他们的研究方法单一，研究系统性差；研究的结果仅限于定性的结论，难以指导工程实践，更为重要的是这些研究尚未触及雷诺数效应发生的机理。并且，目前对桥梁断面雷诺数效应的研究仅仅停留在风洞实验室中，均采用均匀流或低紊流，与实际桥梁的工作环境有相当大的差异。由于受到实验室条件的限制，目前所涉及的高雷诺数试验与实际桥梁的雷诺数仍有一定差距，未能将雷诺数推到实桥雷诺数上去，这样就使许多现象及机理未能完全揭示。34