兆瓦级太阳能热气流发电站风荷载的数值模拟

针对发电功率为100 MW的太阳能热气流发电系统进行几何尺寸设计,运用计算流体力学(CFD)方法对兆瓦级太阳能热气流发电站的平均风荷载进行数值模拟,得到烟囱和集热棚内、外风场和风压分布规律.根据风工程理论计算烟囱表面的压力系数和风载体型系数,与规范中圆截面构筑物的体型系数以及相关结构的风洞试验值进行比较.结果表明,模拟值与规范值基本吻合,这说明运用CFD方法对超高耸结构进行风荷载模拟是可行的.绘制体型系数曲线,研究烟囱沿圆周方向和高度方向平均风荷载的分布规律,结果表明,圆截面高耸结构的体型系数随高度的增大而减小.     

兆瓦级太阳能热气流发电站风荷载的数值模拟

针对发电功率为100MW的太阳能热气流发电系统进行几何尺寸设计,运用计算流体力学(CFD)方法对兆瓦级太阳能热气流发电站的平均风荷载进行数值模拟,得到烟囱和集热棚内外风场和风压分布规律.根据风工程理论计算烟囱表面的压力系数和风载体型系数,与规范中圆截面构筑物的体型系数以及相关结构的风洞试验值进行比较.结果表明:模拟值与规范值基本吻合,这说明运用CFD方法对超高耸结构进行风荷载模拟是可行的.绘制体型系数曲线,研究烟囱沿圆周方向和高度方向平均风荷载的分布规律,结果表明,圆截面高耸结构的体型系数随高度的增大而减小.     

高层建筑风载体型系数取值的探讨

采用计算流体动力学软件FLUENT,对不同截面尺寸和高宽比的高层建筑模型表面的平均风压分布进行了数值模拟,探索了上述因素对立面风载体型系数sμ的影响规律.在数值模拟方法获得平均风压系数的基础上,分别利用规范方法(体型系数取总体加权平均)和精确方法(体型系数沿立面变化)计算各模型的基底剪力Fx和基底倾覆力矩My,发现规范方法将会高估模型的基底剪力和基底倾覆力矩,使设计偏于保守.为了获得合理的风荷载,又能包络表面局部的最不利风荷载,根据sμ沿立面的分布和变化规律,提出了轮廓尺寸为100 mm×100 mm×600 mm的高层建筑模型(实际尺寸为50m×50m×300m)按立面分区和取值的建议.     

群体烟囱风压分布规律的数值模拟

针对火力发电厂烟囱群之间的风干扰效应,应用数值风洞方法完成了任意风向角下烟囱静态风压分布的测定,并求解了风压分布系数。结果表明,相对于单个烟囱,由于烟囱群的风干涉效应导致烟囱群中风压分布异常复杂,具体表现为受扰烟囱风压极值的改变及正负风压分布区的偏移变化,为进一步研究烟囱群风荷载相互干扰对体型系数的影响及改变打下了基础.     

复杂体型低矮房屋风荷载特性风洞试验研究

对具有复杂体型的"L"型和"T"型低层房屋风荷载特性进行了风洞试验研究.研究了屋面平均和脉动风压系数的分布规律以及体型系数,并与传统"一"型低层双坡屋面房屋的风荷载特性进行了对比分析.结果表明:30°坡角时,屋檐及屋脊附近因气流分离常形成较高负压,迎风屋面平均风压系数多呈环状分布;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;"L"型和"T"型低层房屋与传统"一"型房屋相应各面体型系数变化规律有一定的相似性,但是必须考虑各面间的相互干扰使得其风压增大的效应.     

高层建筑边角凹凸对体型系数分布的影响

通过风洞试验,研究多边形截面高层建筑边角凹凸对风载体型系数分布的影响.探讨不同边角凹凸的正方形及八角形等7种典型多边形截面的平均风压体型系数和极值风压体型系数的分布特征,并与规范十字形截面和CAARC标模进行比较;分析各种截面的风压敏感点位置,提出抗风最有利的截面形式.研究发现,0°风向角下迎风直角切角的体型系数与规范十字形有很大差异;十字形,深、浅锯齿,带凹槽的浅锯齿正方形截面的来流分离点不一致,凹槽可以缓和切角处的气流分离,使切角和中间区域的体型系数趋于一致;比较这4种截面形式,认为带凹槽的浅锯齿正方形截面为最优截面,浅锯齿正方形截面为最不利截面.     

风荷载作用下围护结构表面风压分布及局部体型系数数值模拟研究

为了从围护结构风压分布和风荷载局部体型系数角度研究建筑围护结构抗风性能,基于计算流体力学方法(CFD),利用scSTREAM平台,分别采用k-ε,RNG k-ε湍流模型对CARRC高层建筑标准模型进行模拟,并将数值模拟与试验结果对比分析,验证scSTREAM平台模拟计算的可行性,表明RNG k-ε湍流模型具有更高的计算精度,因此,选择RNGk-ε湍流模型用做后续研究。然后分别建立不同风速、不同建筑体型的模型,研究其对围护结构风压分布、风荷载局部体型系数的影响。结果表明:围护结构风压分布及风荷载局部体型系数受风速影响很小,但随建筑体型改变有明显变化;对于不同高宽比、宽厚比的建筑,围护结构各表面风压分布有较大区别,且出现风荷载局部体型系数取值明显高于规范的情况指出了规范取值的不合理之处,以优化围护结构局部体型系数分区取值。     

建筑物风压分布随侧风面长度变化的数值研究

用计算机数值模拟风作用下高层建筑周围的紊流流场，从而得到高层建筑外表面上的风压分布沿侧风面长度方向的变化规律，并对风压及风压系数进行数学回归，拟合风压系统分布公式，为建筑结构风荷载和暖通渗风量的计算提供依据。     

低层四坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合风洞模型试验对4种坡角的低层四坡屋面房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值
模拟和分析。数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型，采用具有良好适应性的四面体网格，
利用Fluent软件实现了流场的数值求解。通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现，屋面坡角和风
向角对四坡屋面房屋的屋面风压具有显著影响，在不同风向角下的峰值压力一般都出现在屋脊或迎风屋檐
附近；屋脊处的峰值吸力绝对值随着坡角增加而增大，迎风屋檐处的峰值吸力随着坡角增加而减小。在对
压力分布进行分析的基础上，还给出了屋面各分区风载体型系数的变化曲线及这些系数的简化计算方法。     

开敞式叉筒网壳风场数值模拟与受力分析

针对国家现行<建筑结构荷载规范>缺乏复杂形体结构净风压体型系数的相关规范的问题,应用标准k-ε紊流封闭模型,采用数值风洞技术对开敞式叉筒网壳在多角度风场作用下结构表面的风压分布进行了数值模拟,获得了该类网壳的净风压体型系数.研究表明采用数值风洞技术对复杂形体结构的流场进行计算机数值模拟的方法是可行的,这为风压分布及大小取值提供了一种非实验性的、低成本的取值方法.力学分析结果表明,风对开敞式叉筒网壳的最大负压主要集中在脊线附近的边缘部位,脊线附近边缘以及谷线交叉拱是结构设计的重点.     

复杂体型超高层建筑风压脉动特性

为研究超高层建筑顺风向和横风向脉动风压功率谱的变化规律,以某X型超高层建筑为工程背景,进行刚性模型测压风洞试验.利用Tamura等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将Davenport和Kaimal风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验结果进行了对比;利用Ohkuma等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.分析了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点脉动风压之间的相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.     

重庆英利大厦表面风荷载研究

针对高耸建筑物风荷载分布特征的复杂性,在北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对缩尺比为1:300的英利大厦模型进行了试验研究.用本文提出的试验数据处理方法对该试验结果进行分析、计算,得到了该建筑物的风振系数和体型系数,给出了建筑物表面最大和最小(吸力)风荷载值,为其结构抗风设计提供了依据,以确保该建筑物在100年重现期风速下的安全性和稳定性.     

高层建筑脉动风压的非高斯峰值因子方法

为了更好地确定建筑表面的设计极值风压,以具有“靴型”造型的复杂超高层建筑为例,研究非高斯峰值因子的计算方法.在风洞试验的基础上对各风向角下的风压系数时程数据进行三阶、四阶矩统计量分析,研究该复杂超高层建筑表面风压的非高斯分布特性.分别通过基于零穿越率的峰值因子法、改进峰值因子法、Sadek Simiu法和改进Gumbel法对各风向角下风压数据的峰值因子进行估计,并在改进峰值因子法的基础上提出偏度非高斯峰值因子法.对各种方法的适用性及计算结果进行对比分析表明,改进峰值因子法在峰度小于3的情况下不适用;偏度非高斯峰值因子法与Sadek Simiu法相比,两者的计算结果十分吻合.     

不规则外型高耸建筑物的体型系数研究

对于外型不规则的高耸建筑结构,特别是存在相邻建筑物干扰时,其体型系数值将会发生显著变化,导致所得到的风荷载误差很大.为了研究这一问题,在北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对缩尺比为1:300的英利大厦模型进行了风洞试验,获得了作用于该建筑物上的静、动态风压,通过对试验结果进行分析、计算,直接求出了该建筑物的体型系数值.     

超高层建筑脉动风压的非高斯特性

对带切角的菱形超高层建筑进行风洞试验,将试验得到的风压时程数据进行时域、幅域信息分析,研究该类体形超高层建筑表面风压的非高斯分布特性.基于在各风向角下风压系数的3阶、4阶矩统计量,对高层建筑各立面风压进行高斯与非高斯分布的分区,发现侧面的前缘气流分离区、背风面以及迎风面切角区域的脉动风压存在显著的非高斯特性.对高斯区和非高斯区设计风压系数的峰值因子取值问题和估算方法进行讨论,发现在实际应用中对非高斯区的峰值因子取值偏小.     

波纹表面月牙形悬挑屋盖风荷载特性

为了研究某体育场波纹表面月牙形悬挑屋盖的风荷载特性以及屋盖表面波纹对风压的影响,对该结构进行风洞试验和计算流体动力学（CFD）分析.通过对风洞试验数据的统计分析,得到结构的平均风压、脉动风压、极值风压的分布规律和屋盖上下表面风压的相关性.基于波纹状模型的CFD数值模拟,研究发现屋盖波纹表面的波峰处风压明显大于相临的波谷处风压,而且大于光滑屋面相应区域的风压,所得这一规律可以推广到一般的波纹状悬挑结构.试验得到的极值风压可以换算成用于围护结构设计的阵风系数,在与现行规范进行比较后,给出针对该体型建筑围护结构设计中阵风系数取值的建议.将试验结果与已有研究成果进行了比较,并分析了波纹表面和建筑物阻挡对上下表面风压相关性的影响,发现悬挑结构的波纹状表面对上下表面的风压相关性影响较小,而建筑物阻挡对相关性影响较大.     

在建厂房的风荷载分布及其风致倒塌机理

结合广东番禺某一厂房在施工过程中四面墙体均被阵风吹倒的事故，采用数值风洞方法，模拟了该厂房在实际施工状态下墙体所受的风荷载并剖析事故原因.进一步研究了单面墙体门窗开启对建筑物所受风荷载的影响.提出了施工过程抗风设计的风荷载取值及相应的施工技术措施.计算结果表明，该建筑物由于屋盖尚未施工，处于局部敞开状态，墙体内、外两侧均受到风的作用.无屋盖房屋的墙体内侧负压较大，迎风墙面实际所受的净风压体型系数远大于设计时按照规范的取值.在施工过程中建筑物所受风荷载的特殊性是导致该在建厂房倒塌的主要原因之一.     

建筑覆面风致连锁损坏的概率风险评估

日益密集的城市高层建筑群使得强风时风掷物造成的建筑覆面破坏风险大大增加,与此相关的连锁损坏问题已引起设计人员日渐重视.连锁损坏是指某一局部区域的小面积损坏导致建筑内压的极大改变,从而引发大面积覆面损坏的现象.为评估在设计过程中忽视连锁损坏现象可能带来的覆面损坏风险,本文采用同步风压时程分析与最佳线性无偏估计方法,首先计算无事故与不同程度事故性损坏下的覆面风压,然后结合超越概率方法计算覆面风压与发生概率之间的函数关系,最后得到设定事故概率下的建筑覆面设计风压.为了具体说明这一方法,本文针对一栋典型高层建筑进行案例研究,以确定考虑连锁损坏概率后的覆面设计风压.结果表明楼角区域的正风压对楼角部位的局部损坏最为敏感,其次是楼角区域的负风压.该方法可用于评估建筑表面事故性损坏对覆面设计风荷载的影响,是精细化设计的一个重要方面,同时也有助于发现对局部损坏较为敏感的区域,以便在设计中采取必要措施控制事故性损坏,从而提高设计的可靠性.     

十字形高层建筑风场数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent6．3,采用Realizable K—ε湍流模型对十字形高层建筑进行了三维定常风场的数值模拟,研究分析了模型各表面平均风压系数的分布规律,并探究了肢长及高宽比等参数对各立面风载体型系数的影响。结果表明：肢长的变化对十字形高层建筑各立面风载体型系数的影响较为明显;高宽比的变化仅对背风面及侧面的体型系数有较大影响,对迎风面体型系数的影响较小。