基于CFD-DEM耦合的屋面积雪分布数值模拟

针对风雪流作用下低矮建筑屋面积雪分布特征预测问题,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元方法(discrete element method,DEM)的耦合,研究了风雪流的数值模拟方法,包括风雪耦合状态下的流体运动方程、雪颗粒运动方程、流体-雪颗粒耦合控制方程及雪颗粒碰撞模型,建立了基于实测的雪颗粒材料参数、碰撞参数、边界控制条件和耦合计算方法等,并采用该方法对Tsuchiya阶梯型屋面的积雪模式进行了数值模拟。结果表明:模拟结果与野外实测及风洞试验结果取得了较好的一致性,验证了该方法的有效性;低屋面积雪对风场干扰较为显著,低屋面末端处的无量纲水平风速从无积雪分布时的-0.4增加为有积雪分布时的0,明显削弱了屋盖积雪区空气回流漩涡。