大跨度结构风荷载的风洞试验和CFD数值模拟研究

针对某大跨度结构,进行动态测压风洞试验和风荷载数值模拟研究。通过风洞试验,给出了该大跨度体育馆屋面及四周立面表面的风压系数,并分析了风压分布的特征,为该工程的主体和围护结构抗风设计提供详细的风荷载数据。通过数值模拟研究,探讨复杂体型建筑表面平均风压CFD数值模拟的可行性,提出了应用于复杂工程CFD数值模拟时的网格划分方法,有效地减少了多个风向角时的建模工作量。计算结果表明,体育馆表面的风压与风洞试验结果基本一致;在局部区域存在较大误差。最后比较了网格密度、湍流模型对数值计算精度的影响。CFD数值模拟简洁、高效,能获得丰富的数据成果,可以用于复杂工程的平均风荷载研究。     

浙江省村镇房屋风压分布规律的数值模拟与分析

基于Navier-Stokes时均方程和可实现的k-s湍流模型,对村镇房屋表面风压进行数值计算.根据数值模拟计算值和缩尺风洞试验值的对比,验证了风压数值计算结果的适用性,并在模拟计算基础上分析了房屋表面风压分布的特征和几何尺寸对风压系数的影响.针对浙江省几种常见类型村镇民房的体型特点,对实体建筑建模数值计算后,初步总结了房屋周围来流速度风场及房屋表面的风压分布情况,并给出部分我国规范未涉及的房屋表面风荷载体型系数值.供工程设计时参考使用.     

不同风向下某多层建筑表面风压数值模拟

针对单体多层无开洞建筑房屋开展了CFD数值模拟表面风压研究,采用ICEM软件建立风场数值计算模型,采用雷诺应力湍流模型、UDF自定义风速入口函数以及一阶迎风函数来定义离散控制方程的对流项,对建筑房屋模型在7个不同风向角的风速作用下的表面风压系数进行了分析。得出建筑房屋迎风面和背风面在不同风向角作用下风压系数分布规律的区别,同时验证了数值模拟结果与相关风洞试验结果趋势一致,数值基本接近。针对串列布置两栋房屋的表面风压相互干扰效应开展CFD数值模拟,定量与定性地分析不同风向下的风致干扰效应对目标房屋与施扰房屋不同位置表面风压的影响。其结果对建筑房屋表面风压的分布规律研究具有参考意义。     

局部构造对月牙形凸屋盖风荷载影响的研究

对一月牙形曲壳凸屋盖结构在改变局部构造(边缘增设下翻沿、角部开格栅形孔洞)前、后的风压分布进行了CFD(计算流体动力学)数值模拟分析,对构造改变后的屋盖进行了表面风压的风洞模型试验.结果显示,下翻沿使背风屋盖下表面的风压趋于均匀,风压数值降低,但下翻沿会使屋盖迎风前角小范围内的风压数值趋于增大;角部开孔对包括开孔部位在内的屋面风压分布影响不大,但减小了屋盖角部的有效受风面积.将数值模拟结果与风洞试验结果比较后发现,屋盖上表面的风压计算值与风洞试验值吻合良好,但下表面的风压分布有一定的差异.     

数值模拟在重庆大剧院刚性模型风洞试验中的应用

采用数值模拟方法对重庆大剧院在近地风作用下的表面风压进行了计算.通过数值模拟实现测压孔的优化布置.同时利用数值方法辅助模型风洞试验,在边界层风洞中对大剧院的表面风压进行了测定.将计算得到的风压系数值与风洞试验值作了比较,结果表明,数值模拟较好地反映了重庆大剧院表面风压的分布情况,由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合,而数值模拟的结果可以更加直观全面.     

开口空间结构表面风压分布规律的数值模拟及分析

基于专业计算流体动力学软件平台Fluent6．3提供的SSTk-ω湍流模型,对深圳市福田交通综合枢纽玻璃幕墙表面风压进行了不同风向下的数值模拟计算。在此基础上将数值风洞模型简化,并对比简化模型和原实体模型模拟结果。结果表明,采用简化模型同样可得到较准确的模拟结果,实际工程应用中可提高计算效率。此外,考虑建筑宽厚比、开洞率及开洞位置的影响,计算了不同影响因素下模型各表面风压系数,得出开口空间结构的表面风压分布规律,为实际工程风压分析提供参考。     

开口空间结构表面风压分布规律研究

基于专业计算流体动力学软件平台Fluent 6.3提供的SSTk-ω湍流模型,对深圳市福田交通综合枢纽玻璃幕墙表面风压进行了不同风向下的数值模拟计算。在此基础上将数值风洞模型简化,并对比简化模型和原实体模型模拟结果。结果表明,采用简化模型同样可得到较准确的模拟结果,实际工程应用中可提高计算效率。此外,考虑建筑宽厚比、开洞率及开洞位置的影响,计算了不同影响因素下模型各表面风压系数,得出开口空间结构的表面风压分布规律,为实际工程风压分析提供参考。     

数值风洞在大跨屋盖结构风荷载确定中的应用

运用计算流体力学数值模拟技术对大跨屋盖结构表面风荷载进行了研究。对平屋面和曲面屋面表面风压分布进行了数值模拟。在此基础上,对大庆石油学院体育馆屋盖表面进行了风洞试验和数值模拟的对比研究,并对大射电望远镜FAST反射面的风压分布及其周围流场进行了数值模拟,为该工程的结构抗风设计提供了参考。     

基于数值模拟的某通信塔风荷载体型系数研究

基于Fluent软件平台,采用混合网格进行划分,选用Realizable k-ε湍流模型对某移动通信塔的风场进行三维数值模拟研究,考虑风向角的变化,每隔15°模拟一次,得到通信塔各风向表面平均风压的分布结果:以此为基础,在塔体表面沿高度计算分段风压体型系数,将结果与现行规范进行比较分析并讨论模拟结果的合理性.研究分析表明,数值模拟得到风压系数随风向角的变化而变化,与规范取值吻合且略大于规范取值,为移动通信塔类结构风振计算提供合理的风压体型系数.     

高层建筑表面风压系数分布公式的数值计算与拟合

高层建筑物结构风荷载与暖通渗风量的计算都依赖于建筑物外表面上的风压分布资料与风压系数的具体数据。对不同风速作用下不同体型和尺寸的空气绕流高层建筑模型外表面上的风压进行了数值计算，利用计算结果对风压系数分布进行了数学回归，并拟合出风压系数分布公式。     

风压沿建筑物横向变化对规则巨型框架结构变形的影响

大量风洞试验研究表明,风压沿建筑物横向的变化非常明显,呈抛物线形状分布,而现行的GB50009-2001<建筑结构荷载规范>对风荷载平均风压取值的简化计算标准,并未考虑这一影响.在风洞试验的基础上,通过对试验数据的数值分析和拟合,得出了风压系数沿建筑物横向变化的简化计算公式.算例研究表明,风压沿建筑物表面位置的横向变化对规则巨型框架结构变形的影响较大,在设计中应予以考虑.     

断面宽度对纵向通风隧道火风压影响研究

针对不同断面宽度隧道中发生火灾时的火风压变化问题,利用Fluent软件模拟隧道内发生火灾的情况,分析隧道宽度对临界风速的影响以及隧道宽度、火源功率和通风速度对火风压的影响。研究表明,火源功率较小时,宽度越小的隧道,临界风速越大;随着火源功率的增大,临界风速之间的差距减小。火风压中火区绕流阻力和热烟摩阻增量会随着风速的增大而相互作用。导致火风压会先随风速的增大而增大,到达一个峰值后会随着风速增大而减小,最后当通风速度增大到临界风速后趋于稳定的数值。随着隧道宽度的增大,通风速率对火风压的影响逐渐减弱。建立不同宽度隧道在不同通风速率和火源功率下的隧道火风压计算公式,为隧道火灾通风设计提供参考。     

梁柱凹凸布置对规则巨型框架结构表面风压计算的影响

风压沿建筑物表面的分布具有复杂性,现行的GB50009-2001《建筑结构荷载规范》对风荷载平均风压取值的简化计算标准,只考虑到了大气层风压高度和建筑物体型等因素的影响。本文在风洞试验的基础上,通过对试验数据的数值分析和拟合,发现建筑物表面粗糙程度对建筑物表面的风压分布影响相当明显,并在此基础上得出了风压沿巨型框架结构不同表面粗糙程度下的简化计算公式。算例研究表明,建筑物表面不同粗糙程度引起的风压分布变化对规则巨型框架结构变形的影响较大,在设计中应予以考虑。     

最大坡度位于出入口段的隧道火风压计算

将火灾发生在隧道出入口位置时的烟气流动和燃烧室内部的BRE羽流溢出模型进行类比分析,并借鉴BRE羽流溢出模型中部分参数的计算方式,最终得到当隧道最大坡度位于隧道出入口段时,一种基于JTG/T D70/2-02-2014《公路隧道通风设计细则》的较为直接的火风压计算方式。通过实例分析,将理论计算结果与数值模拟结果相对比,发现二者比较接近。     

台风 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑风压特性的风洞试验与现场实测对比研究

为研究超高层建筑表面的风压特性,基于对厦门沿海某超高层建筑表面风压开展的现场实测和风洞模型试验,探讨了台风“鲇鱼”作用下超高层建筑表面的风压特性及其分布规律。研究结果表明：通过风洞试验和现场实测所揭示出的超高层建筑表面风压特性（平均风压系数、峰值风压系数）及其随风向角的变化规律基本一致;平均风压系数的现场实测与风洞试验结果在迎风面吻合较好,而背风面现场实测值明显较风洞试验结果小;峰值风压系数的现场实测与风洞试验结果除个别测点外相差较大。     

公路隧道火灾通风计算的改进

现有的公路隧道火灾通风计算方法,是按正常运营通风设计的风机配置,考虑火灾发生后一定数量风机的损坏,计算火灾情况下能够提供的隧道内风速,用该风速和阻止烟流逆流的临界风速比较来验算火灾时期通风的安全性。但在公路隧道的火灾过程中,火灾烟流阻力确实存在,且对隧道火灾时的烟气流动影响较大。本文将烟流阻力引进传统的公路隧道通风计算中,给出了公路隧道火灾通风时的改进计算公式。通过算例,证明了改进的计算方法更符合隧道火灾时实际概况,为隧道火灾时的通风控制提供了科学依据。     

Single-sided natural ventilation driven by wind pressure and temperature difference

Even though opening a window for ventilation of a room seems very simple, the flow that occurs in this situation is rather complicated. The amount of air going through the window opening will depend on the wind speed near the building, the temperatures inside and outside the room, the wind direction, the turbulence characteristics in the wind and the pressure variations caused by e.g. wind gusts. Finally, it also depends on the size, type and location of the opening. Many of these parameters are unsteady which makes the calculation of air-change rates even more complicated. In this work, full-scale wind tunnel experiments have been made with the aim of making a new expression for calculation of the airflow rate in single-sided natural ventilation. During the wind tunnel experiments it was found that the dominating driving force differs between wind speed and temperature difference depending on the ratio between the forces and the wind direction. This change is also found in the velocity profiles measured in the opening, which might change from wind dominated to temperature dominated under the same wind direction but with increasing temperature difference.     

Experimental and numerical investigation on the distribution characteristics of wind pressure coefficient of airflow around enclosed and open-window buildings

In the present paper, the distribution characteristics of the wind pressure coefficient of the air flow around enclosed and open-window buildings were studied by using wind tunnel model tests and numerical analyses. A typical high-rise building model was designed and wind tunnel tests were performed for the airflow around the building for an enclosed and an open-window condition. The experimental findings were complemented by the numerical analysis. This study shows that the opening windows of a building has little influence on the wind pressure coefficients in the area around the window of adjacent area from window edge; the wind pressure coefficient increases slightly after opening the windows of the buildings. Opening the windows in the rooms adjacent to this window decreases the ventilation efficiency of the room although the influence is small. The time-average value of the wind pressure coefficient can effectively represent the magnitude of the instantaneous wind pressure coefficient. The wind pressure coefficient is independent of the wind velocity of inflow. Furthermore, this study also proposed the distribution characteristics of wind pressure coefficients with different incident angles of wind.     

考虑特征湍流影响的体育场悬挑屋盖脉动风压谱模型

基于风洞试验对体育场悬挑屋盖的脉动风压谱进行系统研究,旨在得到适用于此类结构的脉动风压谱模型,为风振响应分析提供必要的信息。通过对屋盖表面脉动风压进行谱分析,可知在屋盖前缘处的风压谱与来流风速谱较接近,但屋盖后缘处则差异很大,表现出明显的漩涡脱落特征。因此脉动风压自谱采用来流谱与漩涡脱落谱相结合的形式来描述,并通过权数因子体现屋盖表面不同位置处流场作用的特点。对于脉动风压互谱则用指数衰减函数来表示,并确定了适用于悬挑屋盖的衰减系数。为验证所提出风压谱模型的有效性及特征湍流对风致效应的影响,对系列悬挑屋盖结构进行风振响应分析,风荷载时程分别采用风洞试验测得的风压时程、基于建议风压谱模型模拟生成的风压时程、按拟定常假设生成的风压时程。基于建议模型得到的响应结果与试验结果基本一致,基于拟定常假设的风振响应极值偏小10%～15%,均方根值偏小30%～40%,脉动风压谱建模中不可忽略特征湍流的影响。     

外凸式矩形高层建筑风压研究

针对外凸式矩形高层建筑结构外形复杂且其风荷载值无法通过建筑荷载规范直接获得的情况,以丝绸之路世界贸易中心外凸式矩形高层建筑为研究对象,通过风洞试验获得其风荷载值,并与规范给出的矩形结构体型系数进行对比,总结外凸式矩形建筑结构风荷载规律。基于Fluent软件,选用不同湍流模型,对外凸式矩形高层建筑进行数值模拟,并将计算结果与风洞试验结果进行比较,验证数值模拟方法的可行性。结果表明:该高层建筑迎风面的体型系数与规范接近; 背风面底部区域的体型系数比规范值大约70%,其他区域与规范值接近; 侧面体型系数均大于规范值,且最大负压出现在侧面; 对于外凸式矩形高层建筑结构,外凸结构风压较相邻区域增大,凹进结构的风压较相邻区域减小; 体型系数沿高度方向变化较大,凸出结构为迎风面时,其下方相邻区域体型系数比规范值小近50%; 数值计算结果与试验数据整体趋势基本一致; Realizable k-ε模型的数值模拟结果要优于Standard k-ε模型; 对于矩形高层建筑,凸出结构为迎风面时,其相邻上部区域和背风面下部区域风荷载不仅受凸出结构的影响,而且还受到凸出结构宽度的影响,其对体型系数的影响幅度为±20%之间。