基于超越阈值概率的某千米级摩天大楼室外平台行人风环境评估

为评估某千米级摩天大楼的行人风环境,采用超越阈值概率法评估了该大楼最不利风环境平台的行人风环境,给出了风舒适性与风安全性的实用分区。首先针对大连地区2004—2014年10 m高度处的气象资料进行统计分析,获得了16个风向角下的风向频率及风速Weibull分布函数。基于风环境试验和CFD数值模拟所得的行人高度小时平均风速和阵风风速,比较了Lawson标准和NEN 8100标准的严格程度。并采用Lawson标准对室外平台的行人风环境进行评估,分析了不同挡风板高度和形式的影响。结果表明:相比于Lawson标准,NEN 8100标准对风环境要求更严格;高3 m挡风板基准模型的行人风环境很差,需采取措施进行改善;变化挡风板高度和形式等气动措施对"风安全性"水平的改善效果显著,但对"风舒适性"水平的改善效果有限。     

某摩天大楼室外平台行人风环境数值研究

由于风洞阻塞率的限制和室外平台上测点的布置要求,某千米级摩天大楼的风环境试验只能采用节段模型,因此如何将试验数据用于实际大楼室外平台的行人风环境评估是一个需要解决的关键问题。为解决这一问题,该文在对CFD数值模拟方法的可行性进行验证的基础上,采用该方法研究了摩天大楼整体模型与节段模型的行人风环境特性,比较了不同挡风板措施的影响;利用统计学中的四分位法确定了整体模型的最不利风环境平台为平台4;最后,将整体模型平台4与节段模型平台2的CFD结果进行比较,确定了由节段模型向整体模型转换的风速调整系数,从而建立了由节段模型风环境试验数据向实际大楼行人高度风速转换的纽带,为后续的行人“风舒适性”与“风安全性”评估奠定基础。     

Numerical simulation of mean interference effects for the interfering buildings with different heights

The mean wind-induced interference effects between two high-rise buildings, in which the interfering buildings have different heights, were numerical simulated in the terrain roughness of B and D types by the Reynolds stress equation model（RSM） of fluent. The results are in good agreement with those of the wind tunnel test. Influences of the relative arrangement of two buildings, the height of the interfering buildings and the terrain roughness upon the mean interference effects were analyzed, and the space distributions of IFcp^s on the principal building under tandem arrangement were studied. The results indicate that the lower interfering buildings can always bring larger interference factors comparing to the higher ones under tandem arrangement except that the height is larger than 1.25h, and the heights＇influence on the mean interference effects will increase as the reduced spacing of two buildings. The influence of heights will be little under stagger arrangement.     

不同截面尺寸双柱体静力干扰效应的数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent,采用雷诺应力方程模型(RSM)研究了不同截面尺寸两方柱间的静力干扰效应,数值模拟结果与相应风洞试验吻合较好。分析了建筑物的相对位置、施扰建筑的不同截面尺寸对静力干扰效应的影响,并研究了串列布置时受扰建筑平均风压系数干扰因子IFCP的空间分布情况。结果表明:串列布置时,施扰建筑的截面尺寸变化对受扰建筑的IFm产生显著的影响。截面越宽,"遮挡效应"越严重,IFm随施扰建筑截面尺寸的增大大致呈线性递减的规律。     

沿海地区超强台风作用下核电塔机抗风性能分析

基于GB/T 13752—2017《塔式起重机设计规范》确定了超强台风作用下QTP300(7526B)型核电塔机的风荷载及其荷载组合方式,并考虑风荷载的不同加载方式（立面加载和平面加载）,对核电塔机非工作状态下的抗风性能进行了有限元静力分析。结果表明：与将风荷载分配到有限元模型的所有节点上相比,选取指定节点施加风荷载所得到的结果更大,表明在风荷载应加载到所有立面节点上;迎风面构件对背风面构件的挡风作用对塔机结构的应力分布及最大应力均无显著影响,而塔机结构的最大位移则随挡风作用的增强而增大,表明风荷载加载应考虑迎风面构件的挡风作用;塔机整机结构最大应力出现在底部主肢构件上,其大小均小于钢材的允许应力,该型号核电塔机可以承受17级超强台风作用。     

均匀吸气控制下后台阶流动的数值模拟

为检验本文数值方法及其求解策略模拟均匀吸气控制下钝体绕流的可行性,分别采用基于LES（large eddy simulation）方法的DKEM（dynamic kinetic energy subgridscale model）模型和基于RANS（Reynolds averaged NavierStokes）方法的SST（shear stress transport）kω模型对均匀吸气控制下三维后台阶（backwardfacing step,BFS）的流动分离和再附进行了数值模拟． 比较了数值模拟和实验所得的平均风压系数分布和再附长度,结果表明:LES方法在本文精细网格下能得到较精确的预测结果;不同流量系数C^Q的吸气控制均能较显著地减小后台阶流动的环绕区范围和再附长度,改善台阶后的流场结构;随着C^Q绝对值的增加,吸气控制效果逐渐显著．     

基于代理模型的方形凹角截面超高层建筑气动外形优化

采用CFD数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究方形凹角截面超高层建筑在多参数设计空间内的平面外形气动优化问题。首先,选取凹角率、凹角角度和凹角个数作为设计参数并考虑风向角的影响,基于最优拉丁超立方设计和非定常RANS方法获得初始样本点的气动力系数;其次,基于遗传算法(GA)和广义回归神经网络(GRNN)方法构建能准确预测设计参数与气动力系数之间复杂关系的代理模型;再次,以最小气动力系数为目标,利用GA-GRNN代理模型及其更新策略和非支配排序遗传算法在整个设计空间内寻优,确定全风向角下方形凹角截面的最优气动外形;最后,探讨凹角修正对截面气动性能的影响机理。结果表明,基于GA-GRNN代理模型的优化方法在气动外形优化方面具有较高的预测精度和计算效率;全风向角下的最优气动外形截面的凹角率为18.5%、凹角角度为70.4°、凹角个数为5,相比方形截面,该截面可使平均阻力系数和均方根升力系数最多分别减小53.4%和70.5%。该方法可为建筑结构气动外形优化及相关研究提供重要参考。     

钝体绕流气动噪声源特性数值研究

为研究钝体绕流的气动噪声源特性,采用Realizablek-ε湍流模型与宽频带噪声源模型相结合的方法模拟钝体的声功率级和表面声功率级,比较并分析来流风速、钝体截面形式及尺寸对气动噪声源强度及其分布特性的影响规律,探讨气动噪声源的影响机制.结果表明:钝体绕流气动噪声源主要位于气流发生分离、湍流运动比较剧烈的地方,且钝体的外形越趋近于流线型,其气动噪声源强度越低;四极子噪声源对总噪声的贡献比偶极子噪声源的贡献小得多;柱体表面声功率级最大值与来流风速对数之间呈线性正相关,与截面尺寸之间呈线性负相关.最后提出了表面声功率级的数学预测模型,为工程结构的声环境设计及气动噪声控制提供参考.     

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.     

某发电厂景观烟囱的风载体型系数研究

基于Fluent软件,采用标准k-ε模型、修正的k-ε模型和雷诺应力方程模型(RSM)对某发电厂景观烟囱的风载体型系数进行了数值模拟。研究了两种网格密度、三种湍流模型、五种风向角下烟囱各区域的整体体型系数和典型测点体型系数分布,比较了光滑模型和实际模型的体型系数差异。分析表明,RSM模型能获得与我国荷载规范最为接近的结果,验证了数值模拟的可行性;装饰条的设置推后了实际模型圆型截面的分离并改变了背风面的流场,从而极大地增大了其整体体型系数,降低了体型系数的负峰值。最后给出了各区域的顺风向整体体型系数取值和测点层体型系数的极值点,为该烟囱的设计提供了参考。