平滑流场内半圆球形大跨屋盖非定常绕流大涡模拟

基于Fluent软件平台,进行了平滑流场内不同雷诺数情况下半圆球形屋盖结构非定常绕流大涡模拟计算。数值模拟中,以来流平均风速和半圆球屋盖直径定义的3个雷诺数Re为6.6×10~4、3.0×10~5和2.0×10~6。将数值模拟所得屋盖表面平均和脉动风压与已有文献风洞试验结果进行对比,验证了文中数值模拟结果的有效性,并分析了不同大涡模拟参数对数值模拟结果的影响。比较分析了3个雷诺数下半圆球形屋盖结构周围的平均流场和瞬态涡结构分布规律,研究半圆球屋盖结构风荷载的形成机理。结果表明:在保证第1层网格到壁面的无量纲距离y~+≤5.0情况下,进一步加密网格对屋盖表面风压分布影响不明显,而亚格子模型对屋盖表面风压分布影响显著。随着雷诺数的增加,屋盖表面流动分离点逐渐下移,地面上的流动再附点则逐渐前移,上游回流区和下游分离泡均逐渐变小;屋盖表面流动分离区剪切涡形状随雷诺数的增大逐渐变得不规则。     

风致内外压下圆弧形落地大跨屋盖结构风荷载特性

对某墙面开洞的圆弧形落地大跨钢屋盖机场航站楼风荷载特性进行了风洞试验研究;基于计算流体力学软件FIUENT 6.3,采用RNG ?κ-ε?湍流模型对墙面开洞屋盖结构的内外表面平均风压系数分布、分区净体型系数、风速矢量以及风场流迹线等风荷载特性进行了系统研究,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行比较分析。结果表明:数值模拟的净体型系数和平均风压系数分布规律与试验结果吻合良好;墙面洞口全开的情况下,由于迎风洞口与背风洞口处压力差的作用,屋盖内表面风压均表现为风吸力,风压分布亦受到洞口的影响;墙面洞口对屋盖上表面平均风压系数分布影响较小;屋盖迎风挑檐区域受到风荷载下顶上吸的叠加作用,最大净体型系数达-2.83。     

厦门市文化艺术中心综合楼屋顶膜结构风压数值模拟

大跨屋盖结构形体多为复杂曲面，荷载规范的规定往往不能满足设计需求，风荷载的确定需借助于其他手段，而CFD数值模拟是近年来兴起的一种风荷载研究手段．本文基于FLUENT平台，对厦门文化艺术中心共享综合楼屋顶膜结构进行了数值风洞试验研究，湍流模型采用雷诺应力（RSM）模型．数值模拟结果表明，膜结构表面风压分布与其表面形状密切相关，在曲率变化大的局部区域风压变化也很剧烈，在设计时需引起相当重视．同时结合屋盖周围的流场特点，对屋盖表面平均风压的分布规律进行了分析，并根据不同风向下风压分布特性对膜结构表面进行了分区，并给出可供工程设计参考的分区风载体型系数．基于以上工作，说明CFD数值模拟为复杂工程提供辅助设计信息是可行的．     

大跨屋盖结构表面平均风压的数值模拟研究

选取TTU建筑现场实测和刚性模型风洞试验屋面风压数据作为比较标准,验证了CFD方法模拟低层大跨屋盖表面平均风压的可靠性,并讨论了湍流模型的选取对模拟结果的影响。在数值模拟中采用雷诺时均湍流模拟方法和RNG k-ε两方程湍流模型,结合缩尺模型风洞试验,研究了曲面大跨屋盖表面风压分布。比较了有无背景建筑和正面是否开洞等不同工况下,曲面大跨屋盖内、外压分布的异同点,为该类结构抗风设计提供了依据。     

列车单向快速过站对屋盖结构风压影响研究

列车快速通过站台屋盖区时产生的列车风作用会对屋盖结构表面的风压产生较大的影响,从而影响结构的安全性能。本文利用CFD数值模拟手段,采用Fluent中动网格和滑动网格技术对单向列车快速通过站台区的全过程进行了模拟研究,得到了列车行进过程中不同阶段屋盖上、下表面的压力分布特点,并分析了屋盖表面关键点的风压随时间变化关系,通过对列车过站过程中压力波的传递对屋盖结构表面的压力分布影响进行定量评估,为设计单位提供具有参考价值的结论和建议。     

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.     

大跨度屋盖结构台风效应的风洞试验与实测

为研究台风风场高湍流特性对大跨度屋盖结构风压分布的影响,依据台风"海葵"的实测风速时程,确定了风洞试验中模拟台风风场的风剖面,进行了台风风场下某体育馆屋盖的测压风洞试验。考察了台风风场下大跨度屋盖结构的风压分布特性,并与常规B类风场下的风压数据以及实测风压数据进行对比,研究了台风效应对大跨度屋盖结构风压分布的影响。研究表明,台风风场和常规B类风场下的平均风压系数以及脉动风压系数的分布规律基本相似,但台风风场下的风压数值较常规B类风场大,而且更接近于实测风压值。     

环状大悬臂挑篷风载特性与风场绕流分析

基于FLUENT软件并引入k-ε湍流模型,对环状大悬臂挑篷屋盖风载和风场进行模拟分析。数值计算分析风向角、屋盖倾角、看台后部通风率、挑篷开洞、有无后挑等参数对挑篷屋盖风压分布的影响;针对屋盖周围气流的绕流特性,分析设置屋盖竖向气动导流板和在挑篷外环边缘附近开洞对降低屋盖负风压的作用。研究结果表明：无论风向角如何变化,水平挑篷屋盖上风压均以吸力为主,较高的吸力分布在迎风的前缘位置;屋盖倾角宜设在 0°~15°范围,过大或过小均不利于结构抗风;增大结构迎风面的通风率有利于减小水平屋盖的平均风压;屋盖是否后挑对水平屋盖上表面的风压影响较小;增设屋盖竖向导流板可减低水平屋盖前缘局部极值风压;在环状挑篷外环边缘附近开洞可较明显减小屋盖风压。     

大跨度复杂屋盖结构风荷载的大涡模拟

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG(Discretizing and Synthesizing Random Flow Generation)[1]模拟风场实际的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)的亚格子模型[2],基于Linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术,对深圳新火车站进行了数值风洞模拟。并将屋盖的平均风压、脉动风压计算结果与风洞试验数据进行了比较,表明数值模拟很好地反映了大跨度屋盖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。表明本文的DSRFG方法以及新的大涡模拟亚格子模型的数值模拟技术是一种很好的预测大型、复杂结构表面风荷载的有效方法。并为进一步发展在复杂湍流环境下大跨度屋盖结构的风荷载数值风洞技术提供参考。     

ADINA在体育馆屋盖表面风压分布研究中的应用

对大型体育馆类建筑屋盖风压分布进行了风洞试验及AD INA有限元数值仿真模拟分析,得出大跨屋盖风压分布的规律及特点。     

复杂型体悬挑屋盖风荷载风洞试验与数值模拟

基于Fluent 6.1软件平台,将Realizablek-ε模型与非平衡壁面函数搭配使用,对位于海岛强台风地区的某海洋文化中心屋盖风压分布进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟,同时也对该建筑进行了风洞试验。模拟结果与风洞试验数据的对比显示数值模拟可较准确地反映实际风压。风洞试验和数值模拟均显示悬挑屋盖受到了很大的吸力,对屋盖结构极为不利,对此问题采取在屋盖悬挑部分开洞的减压措施,以改善屋盖悬挑部分的受风特性。对开洞后的建筑进行了CFD建模与计算,结果表明在屋面前缘开洞可有效降低屋盖悬挑部分的最大风压和所受的竖向升力,大大改善屋盖结构的受力状态。     

上海铁路南站平均风荷载的风洞试验和数值模拟

介绍了上海铁路南站模型风洞试验和风荷载数值模拟的主要结果。通过风洞试验,给出了这一大跨度屋盖结构在无周边建筑和有周边建筑情况下屋面的风压分布特性。总的来说,挑篷迎风前缘有较大的负压,且梯度较大;前缘中部压力系数接近零;屋盖顶部又呈现负压状态;屋盖背风处一般是正压。同时,基于CFX5.5软件平台,利用RSM湍流模型,对屋盖上的平均风压进行了数值模拟,并将计算结果与测压模型风洞试验数据进行了对比。对比结果显示两者较为吻合。此外,通过降低悬挑部分的高度以研究几何参数变化对平均风荷载的影响。数值模拟表明,降低悬挑高度可以显著减小悬挑部分的平均风荷载。     

椭圆形平面鞍形屋盖风压的数值模拟

现行<建筑结构荷载规范>并未给出椭圆形平面鞍形屋盖的风荷载体型系数,针对这个问题,基于数值风洞方法具有成本低,速度快,结果采集更为全面等显著优点,利用 CFD 知识,运用 FLUENT 软件,对椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压力系数进行了数值模拟,重点讨论了风向角对数值模拟结果的影响,为合理确定椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压...     

开洞门式刚架房屋风荷载的数值模拟

结合风洞模型试验对门式刚架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分析．通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现,开洞位置和风向角对轻钢门式刚架的风压具有显著影响,当开洞的大小一定时,越接近屋面的位置,对建筑风荷载减小的程度越大,风向角在0°到90°的范围内,随角度的增大,屋面的减压效果越来越明显等相关结论。     

世博轴膜面平均风压的数值模拟研究

基于Fluent 6软件平台,利用Realizablek-ε湍流模型对世博轴大跨膜结构屋面的平均风荷载进行了数值模拟研究。首先,通过与刚性模型测压风洞试验结果的对比,验证了数值模拟计算的有效性。然后,着重研究了周边建筑对膜表面平均风压分布的影响。最后,从数值模拟得到的流场信息分析了周边建筑对膜表面平均风压分布影响的机理。结果表明:周边建筑对膜表面局部风压分布有一定的影响,主要是由于上游建筑的"遮挡"改变了膜表面附近气流的流动状态,使建筑后面区域膜表面局部风压的绝对值有所减小,但随着上游建筑与膜结构之间距离的增大,这种影响逐渐减弱,并且远离上游建筑位置的膜表面风压基本不受影响。     

低层双坡房屋屋面平均风压影响因素的数值模拟研究

采用Fluent6.0软件平台和雷诺应力模型(RSM),对我国沿海地区常见的一类带挑檐的低层双坡房屋屋面风压进行了数值模拟,研究了各影响因素对屋面平均风压的影响。首先,将数值模拟结果和模型风洞试验结果进行对比,以说明文中采用的湍流模型和计算参数的适用性。然后,采用数值模拟方法,研究带挑檐的低层双坡房屋屋顶具有不同外形参数(坡角、挑檐长度、檐口高度)时,屋面的局部平均风压分布特性和变化规律。结果表明,各参数对屋面风压的影响程度不一,且与风向角的影响有关。坡角对屋面风压分布的影响是整体性的,挑檐长度则只有局部性的影响,而檐口高度对整体屋面风压的影响较小。研究结果可供我国沿海地区低层房屋抗风设计参考。     

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。     

平面T形低矮房屋风荷载特性风洞试验与数值分析

对复杂体型的平面T形低矮双坡屋面房屋的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到了屋面风压系数以及各屋面体型系数的变化规律;采用计算流体力学软件FLUENT建立了数值风洞模型,在数值分析结果与风洞试验结果吻合良好的基础上,对影响屋面平均风压系数及体型系数的风攻角、屋面坡角、檐口高度、房屋几何尺寸和屋面形式等参数进行了详细分析。结果表明:屋面坡角和风攻角对屋面风压系数的影响显著;在不同风攻角作用下,迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;四坡屋面坡角为30°时屋脊背风区域易形成较大负压,局部更易遭受破坏。     

3D experimental and numerical analysis of wind flow around domed-roof buildings with open and closed apertures

This paper presents experimental and numerical study of airflow distribution around a reduced-scale model of a common type of domed-roof building. Measurements are performed in an open loop wind tunnel. A new modified Counihan scheme is developed for constructing a part-depth atmospheric boundary layer (ABL). Measured quantities include: wind velocity profile, turbulence intensity and airflow pattern around the building. To conduct the experiments, a 1:54 scale model of a real domed-roof building with six windows and an aperture on the roof is fabricated and placed in the test section of the wind tunnel. In addition, using a numerical modeling, turbulent airflow around such scale model in the wind tunnel is simulated and airflow field inside and outside the model as well as ventilating discharge coefficient are computed. It is illustrated that, airflow around this type of building contains complex adjacent recirculation flows. The building with open apertures has acceptable discharge coefficient for ventilation, which can be a factor to ensure comfort condition for residents as well as complying with energy-saving considerations.