基于健康监测的灌河大桥实测湍流积分尺度对比研究

基于灌河大桥健康监测系统,选取灌河大桥良态气候条件下主跨跨中和塔顶风速仪监测数据,分析比较了自相关函数法、指数衰减法、AR模型法、功率谱法等四种常用方法计算湍流积分尺度的效果及其可靠性,分析了湍流积分尺度与平均风速及湍流强度之间的关系,给出了湍流积分尺度的长期统计结果。结果表明:不同湍流积分尺度计算方法得到的湍流积分尺度有一定差异,并且纵向湍流积分尺度与横向湍流积分尺度的比值差异较大;湍流积分尺度与平均风速没有确定性关系,纵向湍流积分尺度有随着湍流强度增大而增大的趋势,横向湍流积分尺度与湍流强度无明显关系;不同高度上,塔顶湍流积分尺度大于跨中湍流积分尺度,不同方向上,纵向湍流积分尺度比横向湍流积分尺度大。     

矢流洁净室二维流场的大涡模拟

采用大涡模拟技术对矢流洁净室二维流场进行了数值模拟，分析了模拟结果，确定了空态洁净室的送风口半径、回风口高度、送风速度等参数，指出湍流大涡模拟能准确得到洁净室流场中旋涡的位置和尺度，适用于对洁净空调多种工作环境的数值模拟。     

不同雷诺数下圆柱绕流多重分形研究

湍流是世界复杂问题之一,目前还没有方法准确的描述湍流。研究通过多重分形去趋势波动分析(MFDFA)流体力学中基本的圆柱绕流问题,通过CFD计算获得四个不同雷诺数速度场,利用MFDFA方法研究了不同雷诺数速度流场的尺度特性。结果在不同雷诺数下,圆柱绕流的速度场数据在变为湍流时呈现出不同的尺度特性,雷诺数越大,湍流的分形测量值越高。本文提供了一种描述自然界湍流的方法。     

冰晶式蓄冷系统蓄冰传热过程初探

通过对其成冰机理和传热过程的分析，建立了冰晶式蓄冷系统的简化数学模型，并利用制冰晶蒸发器实验台对计算结果进行了验证。     

角部处理对高层建筑风荷载影响的数值模拟

基于计算流体力学软件Fluent对不同角部形状的矩形高层建筑进行三维数值风场模拟。首先,选用三种不同的湍流模型Realizable k-ε,RNG k-ε及雷诺应力模型(RSM),对矩形截面标准高层建筑进行数值模拟。结果表明,与风洞试验结果对比,除了分离区等流动复杂的区域外,数值模拟能够较好地反映风压分布状况。其中,雷诺应力模型由于考虑湍流各向异性的影响,与试验结果最为接近。其次,对同尺寸下的切角及倒角高层建筑进行雷诺应力湍流模型下的数值模拟。结果表明,角部处理能有效地减小风荷载。在侧风面,切角与倒角能有效抑制来流分离。在背风面,切角能减小尾流宽度与旋涡尺寸,与原模型相比,风荷载约降低15%;而倒角建筑由于较好的流线性,尾流宽度与旋涡尺寸降到最小,风荷载仅为矩形截面的65%。     

台风作用下低矮房屋屋面角部峰值压力实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房及台风测试系统,开展了近地登陆台风风场和房屋表面风压现场实测,主要研究近地边界层登陆台风风场特性和低矮房屋风效应。主要根据1003号"灿都"台风的实测风速和风压数据,研究近地台风风场湍流特征和屋面角部峰值负压。分析来流方向不同地貌状况和台风不同区域的近地10m高度的湍流度、阵风因子、湍流积分尺度等湍流特征参数;探讨实验房屋面角部区域风压分布特征和角部区域峰值压力时间和空间的平均效应。在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘区域测点具有较大的峰值负压和脉动风压,实测最小峰值负压为-4240.0Pa,峰值负压系数最小值为-13.5,风压系数概率分布为非高斯分布。评估了来流不同湍流强度和湍流积分尺度对角部区域风压的影响。并运用非高斯峰值因子极值分析方法对角部区域峰值负压进行极值分析,最后将角部区域风压系数的实测值及极值分析值与现行ASCE 7-10规范规定值进行比较,现行ASCE 7-10规范相对低估其屋檐角部边缘区域的峰值负压系数。     

温州地区近地强风特性实测研究

为研究我国沿海地区的近地强风特性,基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高),对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测,获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析,研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大,顺风向和横风向湍流度接近;顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m;实测风速谱与von Karman谱基本符合;实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。     

杭州市民中心风特性监测及风谱拟合

通过对作用在杭州市民中心的自然脉动风进行长期连续监测,对湍流强度、阵风因子和湍流积分尺度的统计值进行分析研究.分别采用10 min和1 h的基本时距计算纵向和竖向脉动风速谱,基于各向同性湍流理论推导出横向脉动风速谱,并与经验风谱进行了比较.最后,对纵向和竖向常用的几种功率谱密度函数进行了拟合修正,提出了精度优于常用风谱的谱函数表达式.     

冰晶式蓄冷系统蓄冰传热过程初探

通过对其成冰机理和传热过程的分析,建立了冰晶式蓄冷系统的简化数学模型,并利用制冰晶蒸发器实验台对计算结果进行了验证。     

不同风场下大跨平屋盖表面锥形涡诱导的风压特性研究

通过平屋盖刚性模型风洞测压试验,对均匀流场和湍流场作用下平屋盖表面锥形涡诱导的风压特性进行研究。①对比不同流场下平屋盖表面锥形涡诱导的平均、脉动风压分布和脉动风压谱,发现均匀流场中的平均风吸力强劲,而湍流场中的风压低频脉动能量突出;②分析不同流场下的风压概率密度曲线,指出湍流场作用下,再附区风压概率密度曲线表现出双峰分布;且旋涡再附效应显著,这将对屋面产生巨大的破坏力矩;③分别利用点涡、兰金涡和基于兰金涡简化的Cook公式对锥形涡作用下的风压剖面进行拟合,结果表明兰金涡模型和Cook公式均适用于预测旋涡作用下的风压剖面,点涡模型则低估了实际风吸力;④在湍流场中对比了不同风向引起的风压分布,发现当来流沿屋盖对角线时,两侧旋涡强度相当,旋涡再附运动强劲,当来流偏离屋盖对角线时,在屋面靠近来流的一侧,横风向脉动加速了旋涡的旋转,增加了旋涡诱导的平均吸力;在远离来流的一侧,屋面平均、脉动吸力均减小。     

粒状冰的融解实验研究

实验研究了变冰量时融冰时间、残冰量和冰水之间的对流换热系数,发现当残冰量少于20℃时,融冰装置的出水温度急剧上升;通过定冰量实验,建立了出水温度和进水温度、冰粒大小、进水流量以及冰床高度的关系,发现当冰床高度大于1m时,可以得到非常接近0℃的出水温度。     

基于核磁共振下的冻土-结构正融过程界面特性研究

升温解冻导致冻土-结构相互作用发生劣化,为探究正融过程中冻土-结构相互作用,基于NMR分层测试技术对正融过程中界面未冻水含量进行测试,得到界面温度-未冻水含量变化规律;同时开展不同法向压力下界面剪切试验,得到界面温度-抗剪强度相关关系,从而进一步探究界面温度-未冻水含量-抗剪强度之间的内在联系。结果表明：NMR分层测试T2曲线可从微观尺度对界面融化过程进行表征,即正融过程界面小孔隙冰晶体融化开始,随着融化程度的加深大孔隙的冰也开始融化,最后直至界面处冰完全融化。根据界面温度-未冻水含量-抗剪强度的变化特征可将整个正融过程划分为冻结阶段、相变阶段、融化阶段3个阶段。依据莫尔-库仑破坏准则分析可知,正融过程中界面内摩擦角、黏聚力呈“此消彼长”的变化特征,其中随着解冻程度加深界面内摩擦角呈先减小后增大,而界面黏聚力呈现先增大后相对减小。     

外融式冰盘管取冷特性的实验研究

介绍了在外融冰式冰盘管实验台上所作的外融冰槽取冷特性实验研究，揭示了影响外融冰槽热工特性的流量，进口水温，负荷强度，初始蓄冷量，取冷水流进出口方式等主要因素及其作用规律，评论了冰盘管蓄冷技术的发展和应用前景。     

多孔介质中晶体的结晶压力分析

孔隙溶液中结晶体产生的结晶压力是多孔材料宏观上形成介质变形、冻胀破坏的重要因素之一。以溶液–晶体的化学势平衡为基础,考虑了溶液中的粒子相互作用,分别对以过饱和比为驱动的盐分结晶体和以温度为驱动的冰结晶体进行了理论分析,建立了非理想溶液中晶体对孔壁产生的最大结晶压力模型,并对溶液的冰点温度进行了分析。以NaCl溶液和Na2SO4溶液为例,分别对不同浓度和不同温度下的盐、水结晶压力及冰点温度进行了参数分析。结果表明:对于盐分结晶体,其结晶压力与溶液的过饱和比、溶液活度以及结晶盐的类型密切相关;对于冰晶体,其结晶压力与环境温度以及溶液的活度相关。     

基于内融冰的蓄冰槽蓄冰和融冰模型

分析了内融冰顺排盘管式蓄冰槽蓄冰过程中的相变传热，提出简化假设，并在此基础上建立了管束模型。利用热阻网络法，对模型进行计算分析。在改变蓄冷槽换热管的材料，管径，管间距及不同进口参数的情况下，分析了蓄冷槽结构和工况对蓄冰，融冰性能的影响。     

人工冻结粉土未冻水含量测试试验研究

未冻水含量测试是冻土科学研究中的一个重点和难点问题。为测定粉土中未冻水含量,将小体积土样冻透后,放置在温度恒定的空气中,依靠自然对流加热融化,记录其中心温度–时间变化曲线。根据牛顿冷却定律,建立一个反映冻土温度随时间变化的计算模型,应用该模型拟合温度–时间曲线的融土部分,得到融土与空气表面的对流传热系数;拟合温度–时间曲线的相变部分,确定某地区的粉土冻结点。根据冰的质量和相变过程吸收热量的关系,建立冻透状态下未冻水含量的计算模型及测试方法。应用该方法进行粉土未冻水含量测试,结果表明,该粉土冻结至－4 ℃时未冻水含量在3.75%左右。反演土样融化过程的理论计算温度与实测值吻合较好,表明了提出的理论模型及测试方法的可行性。     

碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土电热融冰试验

利用碳/玻璃纤维混合编织网的电热性能,开展了碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土的电热融冰试验研究。结果表明:碳/玻璃纤维混合编织网通电后可以形成稳定的导电加热网络,低电压下即可迅速产生热量使混凝土温度上升,升温过程中电阻率稳定,融冰效果较好。通过分析环境温度、冰层厚度、加热功率等因素对于能耗及融冰效率的影响,为实际应用中的功率控制提供了依据。     

准单向流洁净室不稳定涡流三角区分析

对全顶棚送风、相对两侧墙下回风的准单向流洁净室的气流组织进行了大涡模拟，并对模拟结果进行分析，讨论了不稳定涡流三角区的大小及其与洁净室宽度、送风口高度的关系，认为用大涡模拟所得结果更加合理。     

Organized turbulent structures—Link between experimental data and LES

Methods of eddy structure identification are applied to velocity data of atmospheric surface layer flows modeled in a boundary-layer wind tunnel. The objective is to test their potential to serve as mathematical tools for the validation of eddy-resolving numerical models like large-eddy simulation and for the generation of realistic turbulent inflow conditions. The reconstruction of complex atmospheric flows on the basis of two-point space-time statistics is tested with the proper orthogonal decomposition and linear stochastic estimation that are both applied to spatially well-resolved flow data. The continuous wavelet transform is used to derive joint time-frequency information from single-point velocity time series. Whereas the proper orthogonal decomposition and the continuous wavelet transform show particular strengths in the spatiotemporal characterization of turbulent flows, the stochastic estimation is moreover qualified to generate new flow scenarios from a minimum number of instantaneous data.     

温泉融化路面冰雪试验及其对路面强度影响研究

川西高海拔地区冬季寒冷,路面冰雪问题严重威胁行车安全。而川西丰富的地热资源给解决路面冰雪问题提供了清洁高效的新方法。以海拔高度4 200 m的雀儿山隧道为例,通过数年监测明确了区域气象与温泉温度变化规律,进而研究了PVC与不锈钢管两种管道引入温泉融化路面冰雪效果及其对路面强度影响。结果表明:与间距24 cm布置的PVC管相比,间距40 cm的不锈钢管试验段路面冰雪融化时间降低了47%,保障了路面在30 h降下12 cm雪的环境中无积雪。与原路面相比,加入不锈钢管后抗压与抗折强度分别提高了 12.7%和11.3%,提高了路面的承载能力。研究成果对于高原和高纬度地区利用温泉消除道路冰雪具有借鉴意义。