实验室真实再现极端天气下屋面积雪环境

    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。