大跨度椭球屋盖结构风压分布的风洞试验和数值模拟

根据九寨沟甘海子国际会议度假中心温泉泳浴中心的风洞试验结果，分析了该结构屋面在风荷载作用下的受力性能.分别采用基于雷诺时均方程的标准k-ε、重正化群（RNG）k-ε、可实现的k-ε和雷诺应力模型（RSM）4种湍流模型对屋面平均风压进行了数值模拟，并将4种湍流模型的模拟结果与风洞试验数据进行了比较.结果表明，此类大跨度椭球屋面风压分布主要以吸力为主，靠近地面的屋面迎风面和背风面风压为正压.4种湍流模型的模拟结果之间差异较小，数值方法能够较准确地模拟该类大跨度椭球屋面的风压分布.在定量分析时采用高精度的离散格式可以提高计算精度.     

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。     

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。     

不同高度开洞对高层建筑风特性影响的数值模拟

采用RNG的k-ε湍流模型,对处于B类地貌风场中的不同高度处设置洞口的高层建筑进行数值模拟,通过UDF编程设定风速和湍流强度等参数。结果表明:当洞口位于0.85h高层建筑时,风速在迎风面前方减弱,在侧面增大并形成对称涡旋,在背风面形成尾流;洞口内形成狭缝效应风速最大;当洞口位于不同位置时,洞口对迎风面和侧面风压以及顺风向基底弯矩都有影响;洞口位于0.65h时,侧面风压系数较小,基底弯矩降幅最大,因此在0.65h开洞最为有利。     

高层建筑空气绕流运动的数值模拟

采用Ｋ－ε双方程湍流模型和ＳＩＭＰＬＥ算法，对风作用下高层建筑周围的空气绕流流动进行数值模拟，从而得到高层建筑外表面上的风压分布及其他流场信息。     

基于杆件荷载的角钢输电塔风荷载体型系数计算

介绍JEC总计法和Simon总计法,制作某工程常用角钢输电塔的节段模型,在14%湍流度的均匀湍流场中进行测压风洞试验,获得迎风面和背风面主材、斜材及辅材杆件的风压系数.结果表明：与试验结果相比,JEC总计法中的长细比修正系数取值偏小约15%,背风面杆件风荷载折减系数取值总体偏大约4%;Simon总计法中的背风面杆件风荷载折减系数与试验吻合较好,但迎风面杆件体型系数较试验结果偏小约10%.基于风洞试验结果优化JEC总计法中参数的取值,提出改进总计法,由此计算得到的体型系数与试验结果以及美国规范均吻合良好.     

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。     

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.     

定常多相位方法与非定常方法用于离心泵数值模拟的比较研究

为比较离心泵内流场模拟的非定常方法和多相位方法,对IS80-65-160离心泵的内流场进行了整机非定常数值模拟.仿真计算考虑了设计工况和八种非设计工况.数值模拟采用Realizable κ-ε流模型.在数值模拟的基础上,计算了扬程、轴功率、效率,得到了基于非定常数值模拟的该离心泵的计算性能曲线,并与基于多相位模拟得到的计算性能曲线和试验性能曲线进行比较.研究表明:两种方法均可用于离心泵内部流动数值模拟计算,采用定常多相位仿真结果与试验结果吻合较好.     

平衡大气边界层自保持及TTU风压数值模拟

构造合理且满足水平均匀性的大气边界层是计算风工程的一个重要难题.基于雷诺平均方法,采用标准k-ε湍流模型,结合RichardsHoxey入口条件,对数值风洞的顶面边界条件施加剪切应力修正,进行二维空流场的平衡大气边界层模拟,给出了一类能够较好满足大气边界层自保持要求的流场边界条件.并将此类边界条件同时运用到标准k-ε湍流模型和SST(shear stress transport)k-ω湍流模型中,针对美国德克萨斯技术大学模型场地试验进行三维流场全尺寸数值模拟,验证了所提边界条件对上述两类双方程湍流模型在低矮建筑钝体绕流的适用性.     

塔桅结构三维定常风场风洞试验及数值模拟

利用风洞试验对杭州湾跨海工程海中平台及观光塔模型在各种风向角下的风压分布情况进行了测试,研究了观光塔结构在不同方向风荷载作用下风压的变化情况。采用FLUENT6软件平台,选用标准κ-ε和Realizableκ-ε2种湍流模型计算了大气边界层中杭州湾跨海工程海中平台与观光塔的定常风流场,并将数值计算结果与风洞试验结果进行了比较。结果表明：基于FLUENT6的标准κ-ε和Realizable κ-ε模型均能给出工程设计要求的精度;但对建筑物的不同位置,2种模型反映的精度有所区别。该研究可为精确计算风荷载提供依据,对工程设计有较好的参考价值。     

导流板型防风网的流场模拟与抑尘研究

针对常规型防风网庇护范围有限等缺点,采用导流、整流措施,设计了导流板型防风网。应用CFD模拟软件FLUENT 6.2提供的标准κ-ε模型,以流场数值模拟的方法对导流板型防风网结构及其网后流场进行数值模拟,研究了导流板型防风网对物料堆表面速度、压力和湍流强度变化的影响,并与常规防风网的挡风抑尘作用进行了比较。模拟结果表明:导流板具有导向作用,使渗流风以一定角度上扬,减小了渗流风对防风网后物料堆表面的直接作用,同时延缓了绕流风对料堆顶部的影响;与常规防风网后料堆表面性质相比,导流板型防风网后料堆表面速度较小,压力变化较小,顶部附近湍流强度变化较小;综合分析各因素,导流板型防风网挡风效果明显。     

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.     

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%。     

大跨马鞍屋盖脉动风压谱特性

为研究谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于风洞测压试验,分析了来流垂直于马鞍体迎风墙面时不同矢跨比和不同迎风面高度下的屋面风压分布特性,以迎风低点、迎风中点和迎风高点3个关键测点为研究对象,揭示了在旋涡作用下的脉动风压功率谱特性.分析表明:风吸力最大值出现在迎风低点附近,且风压变化梯度大;矢跨比对屋面风压的影响主要表现在屋盖后方三分之二区域,且曲率越大风吸力越大;迎风面高度越高其风吸力越大,在迎风低点附近其风吸力变化幅度达到最大;马鞍迎风高点和中点处测点风压谱表现为窄频分布,前缘以低频为主控,后缘高频段能量显著高于前缘,而迎风低点处前缘为宽频分布且随来流向后发展高频能量逐渐增大.     

圆柱形建筑双幕墙结构的内部风效应

对圆柱形建筑双幕墙进行了多参数对比风洞试验,研究了圆弧双幕墙结构风致平均内压的空间分布特性,阐述了廊道内平均风压的分布机理,给出了风致平均内压的理论估算方法,并与试验结果进行对比,吻合较好.研究表明:圆弧型双幕墙在背风向时,廊道内的平均风压非常均匀,其风致平均内压的分布受外幕墙开孔率、廊道间距和来流风速的影响很小;而在迎风向和侧风向时,廊道内的平均风压分布不均匀,其风致平均内压的分布随开孔率和来流风速的增大、廊道间距的减小变得越来越不均匀.