非对称建筑外形对周围风环境影响的数值模拟

目的分析非对称外形建筑周围风环境的风场分布及非对称建筑外形对周围风场分布的影响．方法以计算流体力学理论为基础，采用有限容积法对非对称几何体建筑风环境进行了数值模拟，并与宽度和高度相同的对称外形建筑周围风环境进行了比较分析．结果得到了非对称几何体建筑周围速度场、压力场、迹线图的分布，说明建筑的几何外形对其周围风场影响非常大，非对称几何体建筑与相对应的对称几何体建筑周围风场有很大不同．结论该建筑迎风面静压与建筑物后侧的负压相互间存在较大压差，有利于自然通风；hz=1．5（人行高度）风速低于5m／s，满足舒适性标准．建筑背面存在的负压和大的涡旋不利于污染物的排放．     

CAARC标准高层建筑三维钝体绕流风场数值模拟

基于计算流体力学软件平台Fluent 6.3,选用基于雷诺平均(RANS)的标准κ-ε、Realizable κ-ε、RNG κ-ε和SST κ-ω4种湍流模型对大气边界层中CAARC标模的单栋高层建筑的三维定常风流场进行模拟分析,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行了比较分析.结果表明:数值模拟较好地反映了高层建筑周围风环境的绕流特性和表面风压的分布情况,4种湍流模型均能给出满足工程应用精度的结果.在迎风面时,与试验结果吻合良好;在侧风面和背风面时,数值模拟结果介于NPL与TJ-2试验结果之间.迎风面均受有正压力,在迎风面的2/3高度处为最大,两边及底下最小.建筑物的背风面和侧风面全部承受负压力.4种湍流模型的模拟结果之间差异较小,为高层建筑钝体绕流的研究提供了依据.     

矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性

为研究风场类别、结构特征尺寸及竖向间距等因素对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响,采用矩形刚性模型表面压力同步测量试验,对顺风向脉动风荷载及脉动风速相干函数空间分布特性进行研究,对矩形模型表面脉动风荷载与脉动风速、迎风面与背风面脉动风压的相关性进行对比分析.根据试验结果,对传统脉动风速相干函数模型进行改进,提出了可计及风场类别、结构迎风面宽度及竖向间距等流场和结构参数的矩形建筑顺风向脉动风荷载相干函数表达式.结果表明:顺风向脉动风荷载的相关性要明显强于脉动风,当矩形断面长边迎风时,迎风面脉动风压相关性低于断面整体风荷载的相关性,背风面脉动风压的弱相关性在间距较小时并不能完全忽略,采用传统脉动风速相干函数模型可能导致脉动风荷载取值偏不安全.     

多层建筑群内建筑外围压差分布测定及分析

本文报告了对一栋四层宿舍楼压差分布的测定方法及结果.压差测定包括周边压差分布及中部垂向压差分布,测定表明在任一侧面同一水平线上的压差可认为是均匀的.在此基础上给出了压差分布的回归关联式.实测表明,热压在该建筑中占主导地位,风压的影响较小.建议东北地区,计算市内多层建筑渗风负荷时以热压为主.     

背压差影响下压力旋流式喷嘴喷雾性能的实验研究

为了研究背压差对压力旋流式喷嘴雾化性能的影响规律,实验分析了背压差对压力旋流式喷嘴喷雾形成雾滴的索特尔平均直径(Sauter mean diameter,SMD)、雾滴速度以及喷雾锥角的影响以及SMD、雾滴速度在雾场轴向和径向的分布特性.结果表明:随着背压差的增加,喷雾锥角和雾滴速度随之增大,而SMD不断减小.背压差分别高于0.32、0.30 MPa时,SMD、雾滴速度和喷雾锥角的变化率均小于5%.当背压差为0.30 MPa时,随着轴向距离的增大雾滴速度减小,而SMD呈先增大后减小的变化趋势;SMD和雾滴速度随着径向距离的增大而增加.     

龙卷风近地移动梯度对低层房屋风场影响

为研究龙卷风灾害机理,运用Burgers涡运动理论及平移风速梯度理论,建立了涡旋及平移运动合成下的准定常三维龙卷风模型,并进行了柱坐标下的Navier-stokes方程的数值求解,得到了速度场及压力场的表达式.由此,探讨了考虑近地平移风剖面分布下的风场规律及其对低层房屋的作用特点.研究表明:考虑平移风梯度后,龙卷风前端右侧涡核负压值增大,高度较小时负压增加更为明显.因此,对低层房屋所受风吸力的影响更大.     

基于修正SSTk-ω湍流模型的建筑群风环境数值分析

当前我国对城市小区风环境的研究还相对滞后,城市冠层内风场的详细分布还尚不明确.为揭示城市冠层流场分布,文中通过自编程序对商业软件进行了二次开发,通过添加源项的方法对传统SSTk-ω湍流模型进行了修正,基于修正 SSTk-ω湍流模型对不同建筑密度、高度与错落度三种城市形态下的冠层风场进行了深入分析,获取了不同建筑形态下建...     

横风中桥隧过渡段移动列车的气动特性试验研究（英文）

本文通过缩尺比为1:16.8的复兴号动模型试验研究了横风中移动列车经过桥隧过渡段时的气动特性。该试验在中南大学风洞实验室自主研发的弹射模型实验装置上进行,移动列车表面的气动压力通过装载在车体内的无线测压系统获得,并可通过积分获得列车气动力。实验结果表明,横风中移动列车经过桥隧过渡段时,列车侧向力会发生先负后正或先正后负的剧烈变化,列车迎风面压力标准差大于背风面压力标准差。在迎、背风侧轨道上运行的移动列车经过桥隧过渡段时所受气动力变化规律相似,迎风侧轨道上移动列车在隧道洞口处所受侧向力一般比其在背风侧轨道时的大;其主要原因是相对于背风侧轨道上的列车,迎风侧轨道上的列车迎风面所受负压更小,背风面所受负压更大。     

1013号台风“鲶鱼”的台风环流分离方法比较

台风系统为中α尺度系统,接近大尺度系统.为了研究环境气流与台风的相互作用,需要将台风从环境风场中分离出来.分别采用时间滤波、空间滤波和动力学方法将2010年第13号(1013号)超强台风"鲶鱼"(Megi)从环境风场中分离出来,对比分离得到的台风环境场,结果表明:时间滤波和空间滤波具有相对的随机性,容易留下台风风场的残留,同时也会减弱环境风场,而采用动力学方法可以将台风"Megi"较好地分离出来.3种方法各有优缺点,采用时间滤波可以使风场、高度场和温度场很好地平衡,但是需要较长的时间序列;空间滤波方法,仅采用一个时刻的时间,方法相对简单易用,但是由于台风风场、高度场和温度场的尺度并不相同,采用同一尺度对台风滤波容易造成风场、高度场和温度场的不平衡;动力学滤波方法分离效果较好,但是相对复杂,在低层也容易产生不平衡的现象.     

涡结构对小颗粒在圆管背风面碰撞分布的影响

针对锅炉管背风面飞灰沉积过程，采用数值模拟的方法进行了研究.对绕柱气相湍流的模拟采用了较新的分离涡模拟方法（detached eddy simulation, DES），通过对粒径为1～10 μm的颗粒在圆管背风面碰撞分布规律的计算发现背风面近壁区存在的主涡、二次涡和分离点附近小涡对颗粒在背风面的碰撞均有一定的影响.当速度较小时，随着粒径的增大，颗粒在背风面碰撞的质量逐渐增加，大颗粒在主涡和二次涡作用下均有较大的碰撞质量流量，而且二次涡的作用明显强于主涡；速度增加后，由背风面3种涡结构引起的颗粒碰撞量均有不同程度的减少，此时主涡的作用较强，而且二次涡引起的大颗粒碰撞量有明显减少.通过与实验测试结果进行对比检验，证明了数值模拟结果的准确性.     

两串列方形高层建筑局部风压干扰特性分析

对2个完全相同的串列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验。根据试验结果,分析了施扰模型相对位置和高度变化对受扰模型局部风压的影响。结果显示,高度比固定,迎风面平均风压在间距比小于3时为负压。大于3时为正压,侧风和背风面平均负风压及各个面脉动风压均在间距比等于3时取得最大值。高度比变化,间距比小于3时,迎风面平均负风压随高度比的增大而增大,侧风和背风面则均在等高时取得最小值,和平均风压不同,迎风、侧风面脉动风压均在等高时取得最大值,背风面在等高时取得最小值;当间距比大于3时,平均风压在各个面上均随高度比的增大而减小,脉动风压在迎风和侧风面随高度比的增大而增大,背风面则在等高时取得最小值。     

单体房间室内通风多影响因素的试验研究

针对受多种因素影响的单体房间风压通风问题,通过一系列风洞试验并结合数值模拟手段,分析改变窗墙比、前后建筑表面风压差、进出风口面积比和前后开孔相对位置这4个因素对室内通风量的影响.获得了描述通风量与窗墙比、风压差之间关系的经验公式,引入新参数使其能够反映进出风口面积比和前后开孔相对位置改变的影响.研究结果表明：通风量与窗墙比成正比关系;通风量随着建筑物前后表面风压差的增大而增大;当总窗墙比不变时,前后开孔面积越接近,通风效果越好.     

竖向肋条对高层建筑局部覆面风压的影响

为探究竖向肋条对高层建筑局部风压的影响,采用风洞试验方法研究不同肋条布置情况下高层建筑平均风压和脉动风压的分布特性,分析功率谱和POD模态的变化,探究竖向肋条布置后的风压非高斯性分布变化,最后给出不同工况极值风压系数。结果表明：肋条布置后迎风面的平均风压、脉动风压和极值风压均没有差异;而侧面肋条分界线上的前缘区域负压平均值、脉动值和极值风压有所增大,其余区域负压均减小;由POD可知对风场能量贡献最大为横风向气动力,肋条的布置使得一阶主坐标功率谱峰值降低,肋条分界线上的前缘区域位置的模态值增大较多;肋条布置后侧风面的非高斯性测点个数减少,背风面没有明显变化。其中半布和满布工况对局部风压特性造成的差异相差不大,说明中部的肋条对局部风压影响较小。     

新型抗风耗能装置在低矮房屋中布置方式的风洞试验研究

针对低矮房屋受台风作用极易损坏的问题,提出一种在低矮房屋上安装新型抗风耗能装置的防护方法。为寻求新型耗能装置的最优布置方式,使耗能装置效用最大化,针对将装置安装在双坡屋盖边缘、屋脊以及联合导流板工作等6种安装工况,通过风洞试验,研究抗风装置系统对屋面峰值风压和平均风压的影响,并对6种工况进行数值模拟分析,数值模拟结果与风洞试验一致。进行了耗能装置几何参数的优化研究,探讨了叶尖速比、叶轮根部安装角和叶根对叶尖扭角对耗能系数的影响。研究表明：安装耗能装置能有效预防屋面受风损坏;在迎风侧屋檐上部,结合导流板与抗风装置联合工作的方式能显著降低负风压对屋面结构的不利影响,这种安装方式在任一风向角下都显著降低了屋面平均风压系数极值（包括迎、背风面）,降低幅度可达40%。     

高层建筑结构风振计算

本文在总结结构风振试验研究的基础上,提出了高层建筑的迎风面、背风面与二侧面的动扭矩是统计独立的假定及相应的计算参数和计算方法。计算实例表明,高层建筑在风荷载作用下的扭转振动是不可忽视的。     

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。     

十字形高层建筑风场数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent6．3,采用Realizable K—ε湍流模型对十字形高层建筑进行了三维定常风场的数值模拟,研究分析了模型各表面平均风压系数的分布规律,并探究了肢长及高宽比等参数对各立面风载体型系数的影响。结果表明：肢长的变化对十字形高层建筑各立面风载体型系数的影响较为明显;高宽比的变化仅对背风面及侧面的体型系数有较大影响,对迎风面体型系数的影响较小。     

锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.