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Drifting-Snow Similitude—Transport-Rate and Roughness Modeling

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

J. D. Iversen*
Affiliation:
Department of Aerospace Engineering, Iowa State University, Ames, Iowa 50010, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

This paper reports on results from a series of experiments in a boundary-layer wind tunnel concerning snow-drift control adjacent to grade separations on interstate highways. A new application of similitude principles making use of theoretical relationships involving drifting particulate material is presented. The primary modeling parameters are considered to be a mass-rate parameter and an aerodynamic roughness parameter. They are derived by considerations of mass-transport rate of material in saltation and the equivalent roughness height of material in saltation. The parameters are combined empirically to correlate model snow-drift data successfully as well as to predict equivalent full-scale wind speeds and storm durations. The combined parameter has been used to compare and evaluate a variety of drift-control techniques adjacent to an interstate highway grade-separation crossing.

Résumé

Résumé

Cet article se rapporte aux résultats d’une série d’expériences dans un tunnel d’étude de la couche limite du vent destiné à contrôler le chasse-neige dans un croisement à deux niveaux d’autoroutes interétats. On préente une nouvelle application des principes de similitude faisant usage des relations théoriques concernant le matériel particulier prenant part au chasse-neige. On considère que les paramètres principaux de la similitude sont un paramètre de débit et un paramètre de rugosité aérodynamique. Ils sont obtenus à partir de considérations de vitesse de transport de masse du matériel en saltation et de la hauteur équivalente de rugosité du matériel en saltation. Les paramètres sont combinés empiriquement pour obtenir une bonne corrélation des données du chasse-neige sur le modèle ainsi que pour prédire les équivalents en vraie grandeur des vitesses du vent et de la durée des tempétes de neige. Le paramètre combine a été utilisé pour comparer et évaluer diverses techniques du contrôle du chasse-neige au voisinage d'un croisement d’autoroutes à deux niveaux.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Arbeit berichtet über Ergebnisse aus einer Versuchsreihe in einem Grenzschicht-Windkanal, die der Erfassung der Schneedrift an Überführungen von Fernstrassen galten. Es wird eine neue Anwendung von Modellierungsprinzipien dargestellt, die theoretische Beziehungen bezüglich des driftenden Teilchenmaterials benutzt. Als Hauptparameter des Modells werden ein Parameter der Massenmenge und einer der aerodynamischen Rauhigkeit betrachtet. Sie werden aus Betrachtungen der Transportgeschwindigkeit des verwirbelten Materials und seiner äquivalenten Rauhigkeitshöhe hergeleitet. Die Parameter werden empirisch mit Erfolg zur Korrelation von Daten des Schneedriftmodells wie auch zur Vorhersage der äquivalenten Gesamtgeschwindigkeit des Windes und zur Auswertung einer Reihe von Techniken zur Driftverhinderung an einer Fernstrassenüberführung herangezogen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1980 
Figure 0

Table I.Modeling parameters considered by various investigators

Figure 1

Fig. 1.Photographs of bare (grass only) model calibration experiments. Scale-model cars were added after experiment was completed,a. Run No. 2-24-1, wind direction left to right at 40° to bridge center line. Model 1.b. Run No. 12-7-1, wind direction left to right at 20° to bridge center line. model 1.c. Run No. 3-27-1, wind direction left to right at 0° to bridge center tine. Model 2.

Figure 2

Fig. 2.Plan-view drift area on interstate highway lanes as a function of time from the start of drifting. Speed ranges from 4.23 m/s to 6.70 m/s at 0° wind direction. Particle density ranges from 1 100 to 3 990 kg/m3and particle diameter from 49 to 269 µm.

Figure 3

Table II.Values of modeling parameters from calibration tests

Figure 4

Fig. 3.Dimensionless drift rate using mass-rate parameter 20 versus roughness parameter 19. Same experiments as in Fig. 2.

Figure 5

Fig. 4.Dimensionlus drift area versus combined mass-rate-roughness parameter. Same experiments as Figs 2 and 3.

Figure 6

Fig. 5.Dimensionless drift area versus combined mass-rate—roughness parameter. Wind direction 20° to bridge center line. Comparison of uncontrolled (bare model) and two different plan snow-drift control configurations. Model 1.

Figure 7

Fig. 6.Photographs of Model 1 experiment (run 2-23-1) with wind direction from left to right at 40° to bridge center line. Scale-model cars were added after experiment was completed.a. Side view (approximately 45° from horizontal).b. Plan view.

Figure 8

Fig. 7.Dimensionless drift area verms combined mass-rate-roughness parameter. Comparison of 0° wind-direction tests, controlled and uncontrolled, using Model 1 (true geometric model) and Model 2 (vertical geometric distortion factor of two).