单山和双山风场特性的风洞试验

为获得单山和双山情况下三维山体的风场特性,研制风洞中用于同步测试多点风速的试验装置和支撑构架,进行不同坡度下单个山体风场的测试,进行2个山体在前后和左右排列情况的测试,并分析山体距离和坡度的影响.研究表明:单山情况下山体横风切面的加速效应大于顺风切面,横风切面3/4山体高度至山顶为风速增大的最不利位置.在前后紧密排列情况下,前山的风速与单山情况比较接近,后山的风速小于单山情况.在左右排列情况下,山顶的加速效应略大于单山情况,峡谷侧山体的加速比大于单山情况.     

地貌因素对垭口内风速影响的数值模拟

为了研究地貌因素对垭口内平均风速的影响,在轴对称山丘模型的基础上引入山脉长度这一重要因素.通过风洞试验手段验证数值模拟结果的有效性,选取最不利风向即正对垭口方向进行风场数值模拟.并研究了山顶距离和山脉坡度对加速效应的影响.结果表明,山脉长度对垭口内风加速比和加速区域大小均有显著的影响.当山脉长度介于1~3倍山高时,垭口内风加速效应明显且加速区域也较长;当山脉长度超过6倍山高时垭口内加速比和加速区域大小基本趋于定值;山顶间距越小风加速效应越大,但当间距小于2/3的山脉底部直径时,加速幅度降低;距山体表面50m空间内山脉坡度越大,垭口内风加速效应越明显;综合研究结果,给出最不利的垭口地貌因素组合.     

垭口型微地形对输电线路风载荷影响的分析

风载荷是输电线路设计及运行中需要考虑的重要载荷,输电线路在跨越垭口微地形时风速得到显著提高,风载荷加大。采用ANSYS/FLOTRAN CFD软件对输电线路跨越垭口微地形的空气动力学过程进行数值计算,建立了以垭口微地形的地形参数为基础的数学模型,给出了风载荷的分布规律,并用数学公式拟合,确定了垭口微地形所引起的风载荷的修正系数。通过与现行荷载规范进行分析比较,说明了垭口微地形条件下风速的拟合公式具有更高的精确性,为输电线路的铁塔设计及安全性评价提供了可靠的理论依据。     

简化U形峡谷风速分布及其对悬索桥抖振响应的影响

使用理论推导和地形试验的方法研究了简化U形峡谷的风速规律,并分析了峡谷中大跨径悬索桥的抖振响应。研究表明：简化U形峡谷中的风速是在顺压力梯度、峡谷宽深比等因素综合作用下的结果;风速加速效应随着宽深比的增大而增加;风速的横向分布符合抛物线模式,地形模型风洞试验也验证了抛物线分布的合理性;相比较抛物线分布模式,规范推荐的均匀分布风速模式会高估大跨径悬索桥主梁位置的抖振位移响应和关键位置的抖振内力响应。本文研究结果可为峡谷地区桥梁抗风设计提供参考。     

微地形下输电线路跳线的风偏分析

为了解微地形条件下跳线风偏的特性以保障输电线路的安全运行,对某条实际输电线路进行有限元分析,提出适用于跳线风偏计算的有效模型.采用微地形下风场的风洞试验结果结合数值方法模拟来流三维脉动风,以此对微地形下的跳线风偏进行时程分析并与我国荷载规范中平坦B类地貌下的结果进行比较.研究结果表明:跳线两端的导线运动对跳线风偏有影响显著.微地形下,水平风速在山顶有明显增加而湍流度则有所减少,且有不可忽略的竖向风速产生.相比山坡,山顶处的水平风速更大而竖向风速偏小.微地形下跳线风偏比平坦B类地貌有显著增加.     

基于实际峡谷地形风场数值模拟的建筑微观选址

利用高分辨率地形高程数据建立山区地形模型,运用计算流体力学(CFD)技术,对峡谷近地层风场进行数值模拟,评估该地貌下风场特性的分布规律,提出建筑微观选址建议。以45°方向为间隔对风场区域进行数值模拟,对比模拟结果发现:来流风向与峡谷夹角越小,峡谷内风速增强效果越明显;气流受到地形走势不同山体的遮挡效应干扰,流速出现不同程度加强;气流进入开阔地带后,风速降低,湍流强度变化趋向稳定。在风速较小、湍流变化稳定的地区可作为建筑微观选址的最佳区域。     

西部山区地形的斜拉桥风场特性研究

目前国内跨越峡谷等复杂地形的大跨度桥梁建设日益增多,而现有的抗风规范对于复杂山区地形风速剖面的计算没有明确的规定,也没有地形影响修正方法.针对山区地形地表类别不易确定,风环境复杂这一问题,结合山西省禹门口黄河斜拉桥这一实际工程,利用自行开发的桥梁风场特性分析系统对桥址处一年多实测风速数据进行分析计算,得到了桥址处平均风速和风向、湍流度、湍流积分尺度、功率谱密度等强风特性,并将分析结果与FLUENT的数值模拟结果进行对比,验证了程序的可靠性和有效性,为主桥风洞试验及颤振、抖振分析和结构分析时风荷载计算提供了依据.     

复杂体型高层建筑风洞试验及数值模拟

以某复杂体型高层建筑为例,对其风荷载进行了刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6．1软件平台,将雷诺应力湍流模型（RSM）与非平衡壁面函数搭配使用,对其进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。结果表明：风洞试验与数值模拟2种方法相辅相成;该类高层的迎风面主要受正压作用,屋面、背风面以及侧面主要受负压作用,尤其转角处背风区域局部负压较大;在180°风向角下,该类高层体型本身提供的类似峡谷的风速放大效应显著。     

双塔情况下冷却塔风荷载的数值模拟

为研究双冷却塔的干扰效应，采用计算流体动力学（CFD）方法分析了在不同塔间距和风向角情况下冷却塔的风荷载分布规律.计算单座冷却塔的风荷载并与规范数据进行比较，结果验证了CFD方法用于模拟冷却塔风荷载的可靠性.算例分析表明，在固定双塔间距条件下，后塔阻力系数随风向角增大呈递增趋势，并当双塔平行排列时达到最大；当双塔前后排列时，后塔阻力系数随塔间距增大而逐渐增大，并趋向单塔结果；当双塔平行排列时，应尽量避免塔间距为1.1～1.4倍冷却塔底面直径，此时干扰效应极其显著.     

大跨公铁两用斜拉桥塔区风环境

为研究公铁两用斜拉桥塔区复杂风环境,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对塔区公路桥面流场进行仿真分析,并结合大尺度桥塔-主梁刚性局部模型风洞试验,对公路桥面上3种典型车辆中心高度处和铁路桥面上列车中心高度处风速进行测量,引入风速系数λ、风速突变率ξ和风速波动率η,对比分析并讨论各空间位置处平均风速的变化和瞬时风速波动.结果表明:桥塔附近区域流场存在一定的风速加速效应;桥面不同高度处风速变化程度不一致,中型客车中心高度处流场突变更为剧烈;上风侧平均风速大于下风侧,但下风侧风速突变率更大;桥塔遮风效应对附近区域平均风速影响范围约为3倍塔柱迎风面尺寸宽度,在公路桥面上,对瞬时风速波动率的影响宽度略小于4倍塔柱迎风面尺寸,而铁路桥面上,对瞬时风速波动率的影响宽度略大于4倍塔柱迎风面尺寸.     

双层类椭球冠形大跨屋面的表面风压数值模拟

基于计算流体动力学（CFD）数值模拟方法,对拟建双层类椭球冠形大跨屋面进行了表面风压分析,得到了其在不同风向角下的风压分布情况和速度流场分布趋势,并进一步给出了拟建建筑在最不利工况下的风压系数分布等值线。结果表明：双层类椭球冠形大跨屋面的最大正压区出现在迎风面的近地处及上下部交界处,而最大负压区则出现在侧面的上下部交界处和顶面;上下部交界处由于形成了凹角,很容易出现最大局部正负压区块,因此在结构抗风设计时需要进行局部加强。     

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.     

数值风洞模拟结构静力风荷载的可行性研究

应用目前可用于工程实践的、具有较高精确度和通用性的经典湍流模型——雷诺应力模型(RSM)．进行了20多个涉及独立墙体、悬空广告牌、柱体和两个高层建筑静风荷载干扰效应流场的算例分析,并将计算结果与相关的风洞试验或现场实测结果进行了比较,从总体上阐述了两者间的异同,验证了数值风洞模拟结构静力风荷载的可行性．     

汽车风洞试验段尺寸参数对试验的影响

基于计算流体力学(CFD)的数值模拟,研究了开式汽车风洞试验段尺寸参数对风洞试验的影响。探讨了开式汽车风洞试验的影响因素,进行了不同汽车风洞喷口大小、集气口大小、试验段长度对气动阻力测量试验影响的数值模拟研究,得出了气动阻力系数随风洞尺寸参数的变化趋势。研究表明,风洞喷口尺寸大小对试验影响较大,风洞集气口尺寸和试验段长度对试验有影响,但相对喷口尺寸影响比较小。对开式风洞气室的影响也进行了初步探讨,研究表明,气室的存在对气动阻力系数的影响不大。     

Numerical simulation of flows around long-span flat roof

Long-span roof with span larger than height always has a complicated three-dimensional curve. Wind pressure on the roof is often influenced not only by the atmospheric turbulence, but also by the “signature” turbulence provoked in the wind by the structure itself. So it is necessary to study characteristics of flows around the roof. In this paper, three-dimensional numerical simulation of wind-induced pressure has been periormed on a long-span flat roof by means of Computational Fluid Dynamics （CFD） software ——FLUENT. The flow characteristics are studied by considering some parameters, such as wind direction, span-height ratio, roof pitch, flow characteristics, roughness of terrain. The simulation is based upon the Reynolds-averaged equations, in which Reynolds stress equation model （RSM） and SIMPLE technology, （Semi-Implieit Method for Pressure-Linked Equations） have been used. Compared with wind tunnel tests, the computational results have good agreement with the experimental data. It is proved that the results are creditable and the method is feasible.     

典型空间结构平均风压分布及绕流特性的数值模拟

运用计算流体动力学技术,基于FLUENT6．1．22流体动力学数值模拟平台,采用雷诺应力模型,对球壳、悬链面壳及椭圆双曲抛物面壳这3类结构的平均风压分布及绕流特性进行了深入研究。首先将数值模拟结果与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性;然后系统研究了风速、风向角、地面粗糙度、缩尺比、矢跨比等因素对结构风压分布及其绕流特性的影响;最后在B类场地下,根据结构形式和风压分布规律,对结构的压力系数进行面积上的加权平均得到工程上实用的体型系数,可供设计参考。     

办公建筑室内环境数值模拟

为了研究不同送风方式对某办公建筑会议室室内温度场、污染物浓度场及速度场的影响,利用实际测量的会议室尺寸数据建立数学模型,以监测到的相关参数作为软件模拟的边界条件,通过CFD软件对会议室采用不同送风方式进行数值模拟.分析和比较不同送风方式对会议室内温度场、污染物浓度场和速度场的影响,得出顶送风方式下温度处于23.7~25 ℃之间,甲醛浓度基本低于0.1 mg/m³,风速大部分处于0.013~0.093 m/s之间.结果表明,顶送风方式的送风效果优于侧送风方式.     

基坑开挖对邻近既有下卧隧道的影响分析

运用ABAQUS有限元软件,对下卧地铁上、下行线隧道顶、侧、底面的水平和竖向位移进行了三维数值模拟计算和对比分析,结果表明：基坑开挖对邻近既有下卧隧道的变形影响明显,位于基坑中部位置以下的隧道竖向位移相对较大,靠近基坑边缘位置的隧道水平位移相对较大;同一隧道顶部位置的竖向位移大于侧面和底部的位移,隧道侧面的水平位移大于顶、底部的位移;受基坑开挖卸荷的影响,隧道的自身变形表现为竖向直径增大,水平向直径减小。对位于既有隧道上方的基坑开挖要引起关注。     

矩形高层建筑气动基底力矩系数研究

为探讨长宽比和来流湍流特性对矩形高层建筑基底力矩系数的影响,对长宽比为1/9～9的矩形高层建筑在4种风场下进行了同步测压风洞试验。将试验结果与以往文献数据进行了比较,分析了建筑长宽比、湍流强度和湍流积分尺度对顺风向基底力矩系数平均值与标准差、横风向和扭转向基底力矩系数标准差的影响。结果表明：当建筑长宽比不大于3时,顺风向基底力矩系数平均值和标准差随长宽比先增大后减小,当长宽比大于3时,该平均值和标准差基本不随长宽比变化;横风向和扭转向基底力矩系数标准差均随长宽比增大单调增大,但前者的增长速度随长宽比增大逐渐减小,而后者的增长速度随长宽比增大仍逐渐增大;对于顺风向基底力矩系数,增大湍流积分尺度会使平均值和标准差增大,而增大湍流强度会使平均值减小,标准差增大;对于横风向和扭转向基底力矩系数标准差,湍流积分尺度和湍流强度的影响随长宽比的不同而不同。基于分析结果,针对不同风场提出了矩形高层建筑顺风向、横风向和扭转向基底力矩系数的拟合公式,可为结构设计和荷载规范修订提供参考。