基于PIV技术的平屋盖表面分离泡流动结构研究

建筑屋面的摩擦速度是决定其风致迁移雪荷载的重要因素。该文采用CFD (computational fluid dynamics)方法模拟了平屋面的摩擦速度,并结合其分布特征分析了屋面积雪传输率、侵蚀通量和暴露系数随跨度的变化趋势。为验证CFD方法的湍流模型对平屋面摩擦速度模拟的影响,将数值模拟结果与Irwin探头风洞试验进行了对比,结果表明Realizable k-ε湍流模型的模拟结果与风洞试验最为接近。根据4种不同跨度屋面的CFD模拟结果发现,当屋面跨度与高度之比为4时,屋面平均摩擦速度最小;并且随着跨度的增大,屋面摩擦速度最小值所在的位置和积雪沉积的区域均逐渐向迎风侧屋檐靠近。同时发现,屋面积雪的平均侵蚀通量随着跨度的增大而减小,屋面积雪传输率和雪荷载暴露系数则随着跨度的增大而增大。

     

大跨屋盖表面旋涡的PIV试验研究

该文通过风洞流场显示试验,观察了大跨平屋盖和马鞍屋盖表面的分离泡和锥形涡现象,给出了不同风向、不同屋盖表面的旋涡流线和涡量场分布;分析了风向角、屋盖曲率对于旋涡形态的影响。试验结果表明,当风向垂直于平屋盖迎风前缘时,屋盖表面将形成典型的分离泡现象,且分离泡的涡核位置恰好对应了涡量场的负向峰值。在斜向风作用下,平屋盖和以高点作为迎风点的马鞍屋盖表面将出现锥形涡。观察旋涡的平均流线和涡量场分布图,发现当来流沿两种屋盖对角线时,锥形涡截面形状接近圆形;当来流偏离屋盖对角线时,在靠近来流的一侧,锥形涡截面形状接近椭圆形;流场内负向涡量分布于壁面上,峰值集中在迎风前缘附近和旋涡周围。在相同的风向角下,曲率较大的马鞍表面锥形涡涡轴与屋盖迎风前缘所成角度较大,曲率较小的马鞍表面锥形涡涡轴与迎风前缘所成角度较小。此外,旋涡的瞬时流线图表明,锥形涡是一种瞬时变化的流体现象,其形态和位置在每个瞬时都不相同。     

扰流板对分离泡诱导下平屋盖表面风荷载的影响研究

通过风洞测压试验,研究对比了设置扰流板前后,分离泡诱导下平屋盖表面风压特性的变化;基于此,分析了扰流板作用机理,并给出了扰流板的推荐倾角.研究了平屋盖表面风压分布及统计值的变化,结果表明:设置扰流板后,除迎风前缘附近,屋面平均和脉动风压均减小;分离区内风压偏度和峰度值显著降低,非高斯脉动特性减弱.探讨了扰流板对于顺风向...     

马鞍屋盖表面分离泡流动形态研究

利用粒子图像测速技术,通过风洞流场显示试验,给出了均匀流和格栅紊流两种工况下马鞍屋盖迎风高点和迎风低点处旋涡的截面形态特征以及时均、瞬时流线和涡量场分布,比较了两种工况下旋涡形态特征的异同,总结了来流在屋面上的速度分布规律。试验结果表明:当风向垂直于迎风前缘时,屋面迎风高点至迎风中点区域将出现典型的分离泡现象;而在迎风中点至低点区域,由于马鞍屋面为正向坡度,无法形成分离泡。均匀流场下分离泡再附长度近乎横跨整个屋盖;而湍流场中分离泡涡核离迎风前缘较近,且旋涡横截面积显著小于均匀流工况。结合风洞测压试验,分析了不同迎风高度处马鞍屋盖表面的脉动风压谱特性,明确了谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系。利用多个可视化平面的综合布置最终揭示出分离泡的三维形态特征,据此将马鞍屋盖划分为4个区域并提出合理的分区体型系数,为大跨马鞍屋盖抗风设计提供参考。     

大跨平屋盖的多目标等效静风荷载研究

对平面桁架和空间网架两类典型平屋盖结构形式,研究针对所有关键节点位移和所有构件内力的多目标等效静风荷载。风振响应分析结果表明,两类结构风振响应中,共振响应明显大于背景响应,且第1阶振型起主导作用,根据该特性,用第一阶振型惯性力表示其多目标等效静风荷载,采用最小二乘法确定振型惯性力的组合系数。在工程常用的范围内,系统分析结构跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对平面桁架和空间网架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数的建议公式,且经校核,在该荷载静力作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。     

基于PIV技术的复合流道板式结构实验

目的在包装工程流场测量的研究中,验证粒子图像测速(PIV)技术的可行性。方法用超白玻璃制作复合流道板式换热器的模型,基于PIV技术采集被测区域图像,应用互相关分析法进行计算,获得流场数据,并与数值模拟结果比对进行验证。结果实验结果流型清晰,数据和数值模拟基本一致。结论PIV技术可应用于流动复杂、非接触的包装工程类的流场测量,且超白玻璃是一种理想实验材料,能够为拓展该领域的探索思路提供参考。     

基于CFD的弯管流动与换热影响因素研究

弯管供热广泛存在于实际生活与工程应用中,基于不同影响因素分析弯管流动与换热规律,构建弯管流动与换热的准则关联式。基于计算流体动力学CFD原理,在验证模拟可靠性的前提下,对不同雷诺数Re、相对弯曲半径r、折角θ下的三维DN192弯管进行数值计算,揭示其内部流场的分布情况。结果表明：压降Δp、努塞尔数Nu随着雷诺数、折角的增大而增大,随着相对弯曲半径的增大而减小;阻力系数f随着雷诺数、相对弯曲半径的增大而减小,随着折角的增大而增大;流动与换热准则关联式的拟合值与模拟值吻合度很高;弯管的综合换热性能η随雷诺数的增大呈先增大后减小的规律,当Re为2 000时,弯管综合换热性能最好,在Re=2 000,r=0.5,θ=π/6时,η最大为1.79。在弯管供热设计中,尽量采用相对弯曲半径较小,来流雷诺数控制在2 000左右的弯管,以获得最佳的综合换热性能。研究结果可为弯管供热设计与优化提供相关参考。     

屋盖结构脉动风压非高斯特性分析的极限流线方法

非高斯脉动风压对围护结构及局部结构构件有较大影响,在设计中应引起足够重视。目前,非高斯风压场的分区研究主要是建立在对实验数据的统计量分析基础上,并非普遍适用,且随机性较强,区内统计特征值亦相差很大,不足以显示不同区域的非高斯程度,故须结合其形成机理加以分析。考虑到在特定风场条件下分离流动及旋涡作用范围具有时均定常的特点,利用稳态数值方法求解的极限流线和粘性流动分离理论的基本结论,结合实验结果分析了典型屋盖结构脉动风压非高斯特性的形成和分布机理。结果表明,极限流线的分布形态与实验统计的偏度及峰态值分布高度相关,可以被很好地应用于风压场非高斯特性的生成及分布机理研究。     

井冈山机场航站楼屋盖表面风压的数值模拟及试验研究

采用数值模拟方法对井冈山机场航站楼屋盖结构在近地风作用下的表面风压进行了计算,并在边界层风洞中对该屋盖的表面风压进行了模型试验测定.数值模拟基于稳态的Reynolds时均Navier-Stokes方程,运用了标准k-ε湍流封闭模型.将计算得到的风压系数值与风洞试验值作了比较,结果表明数值模拟较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.     

凹槽结构对冲击射流流场和声场特性的影响研究EI北大核心CSCD

采用数值模拟和试验研究相结合的方法探究了开槽斜板对射流冲击噪声及壁面横向射流尾迹的影响,并分析了其降噪机理。试验方面,采用PIV技术和远场传声器弧阵列在半消声室内测量了冲击射流流场和声场特性,数值模拟则采用分离涡模拟方法(detached-eddy simulation,DES)和FW-H声学比拟法相结合的混合方法,数值结果与流场/声场试验测量结果吻合较好。研究发现:冲击斜板的存在增加了冲击射流流场上游方向的声辐射;所有压比下,斜板表面凹槽结构都能够明显抑制横向流动,但只在NPR>2.5时,开槽斜板才能较好的抑制冲击射流噪声;开槽斜板主要是降低2500 Hz附近的纯音幅值,对3500~4500 Hz内的多个纯音基本不产生影响,因为凹槽结构会耗散掉冲击射流滞止区内的旋涡对,但不会影响射流剪切层涡脱落频率(3750 Hz)及该频率附近的纯音;开槽斜板对横向流动的抑制效果高达46%,且不同槽宽、槽深的开槽斜板均能够有效控制冲击射流横向流动尾迹。     

大跨度平屋盖表面的风压脉冲特性研究

大跨度平屋盖表面的风压脉冲特性是屋盖风压脉动特性的一个重要表现形式,基于大跨度平屋盖结构的风洞试验研究,结合风压脉冲的形成机理及利用过界峰值法研究屋盖表面风压脉冲对风压脉动的贡献及其出现的频率和峰值的大小,并从中找出反映大跨度屋盖结构的风场绕流特性和风压脉动特性的一些规律。     

单个建筑物对平屋面风荷载的干扰效应试验研究

提出采用整体平均风压系数、第1阶振型广义力和屋面各区域最不利极值风压系数的干扰因子分别综合反映干扰效应对平屋面平均风荷载、脉动风荷载和极值风压的影响,采用刚性模型测压风洞试验,对被单个相同形体建筑所干扰的平屋面表面风压进行测量,研究改变建筑物之间的相对位置和风向角,平屋面整体平均风压系数和屋面第1阶振型广义力和最不利极值风压系数干扰因子的变化规律。研究结果表明：屋面整体平均风压系数干扰因子与第1阶振型广义力干扰因子分布规律相似;施扰物在受扰物的迎风上游,遮挡效应引起的缩小效应显著;沿与风向垂直方向,施扰物与受扰物并列布置时,放大干扰效应显著;斜风向条件下的干扰效应比0#x000b0;风向的影响范围大;干扰效应对屋面角部最不利极值风压影响显著,但对屋面中心区域的影响较小。     

微涡流发生器对激波边界层作用诱导的流体分离控制

基于大涡模拟(Large Eddy Simulation)方法,结合高阶TCD/WENO混合格式,对2.5Ma超声速激波/边界层干扰诱导的微楔和微叶片两种微涡流发生器控制进行了数值模拟。数值结果表明:从边界层厚度与分离区大小及结构变化均说明两种涡流发生器对激波边界层分离起到明显抑制作用。对于微楔式涡流发生器,入射激波对微楔尾涡压缩作用明显,使流向涡对的卷吸加强,从而增加边界层内外流体能量交换。微叶片式涡流发生器的控制机理与微楔相似,但其涡对在尾部较远处易破裂,会影响内外流体之间的能量交换。     

低层双坡屋面建筑三维定常风场的数值模拟

基于计算流体力学软件Fluent6.3,首先,选用基于Reynolds时均的标准k-ε等湍流模型对大气边界层中TTU标模的低层建筑三维定常风流场进行模拟分析,并将数值模拟结果与场地实测数据和TJ-2风洞试验结果进行了比较分析;其次,采用RNGk-ε模型分析了不同风向角下,房屋屋面坡度、挑檐长度、檐口高度和长宽比对低层双坡房屋屋面风压系数及各表面体型系数的影响。结果表明:数值模拟较好地反映了低层建筑周围风环境的绕流特性和表面风压的分布情况;迎风墙面均受有正压力,其体型系数受房屋几何尺寸的影响较小,房屋的背风面均承受负压力;屋面坡度及檐口高度对屋面风压分布及风压大小均有明显的影响,挑檐长度的影响较小;屋面的平均风压系数分布和大小与风的来流方向有关。该结论为低层房屋的工程抗风设计提供了依据。     

翼型绕流分离的微楔控制

基于大涡模拟(LES, Large Eddy Simulation),结合3阶WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式与沉浸边界法(IBM, Immersed Boundary Method),对NACA0012翼型在来流马赫数为Ma=0.5以及10°攻角下,有无微型三角楔涡流发生器作用的三维绕流进行了数值模拟,对比了两者的流场结构变化。数值结果表明,微楔能显著改变翼型绕流的尾涡结构,并能缩小其表面边界层的分离,提高升力,并对微型三角楔涡流发生器的流体分离抑制机理进行了讨论。     

PMMA／PSAN共聚物混合体系不稳相分离的中,后期特征

The intermediate to later stage of the spinodal decomposition of off-critical mixture of poly (methyl methacryate) ( PMMA ) and poly ( styrene-co-acryonitrile ) ( PSAN) was investigated by the time-resolved light-scattering technique.lt is shown that during unmixing process there exist power relations of maximum scattered intensity Im(t)and its corresponding wave vactor to time t. In the later stage the scaling relation of structure funcfion S (q, t) with wave vactor qm and β=3α were found. In the intermediate stage some relationship of structure function S(q,t) with wave vactor q was revealed.     

行波壁抑制圆柱涡激振动的数值模拟研究

采用CFD数值模拟方法完成了圆柱绕流-涡激振动-行波壁流动控制全过程的数值模拟,重点研究行波壁流动控制方法对低雷诺数下两自由度弹性支撑单圆柱涡激振动的抑制作用。详细分析各阶段圆柱横向和流向位移、质心运动轨迹、升力和阻力系数等随频率比的变化。结果表明：行波壁圆柱的波谷处可以产生一系列稳定的随行波壁运动的小尺度旋涡,有效抑制圆柱表面分离涡的产生,达到消除圆柱绕流尾迹和抑制涡激振动的目的;在计算初始和中途启动的行波壁流动控制方法显著抑制了圆柱横向和流向振动、降低了圆柱升力系数脉动值和阻力系数均值,但阻力系数脉动值则明显增大。