优选数值计算方法用于不对称街道峡谷的研究

分别将迎风、混合及调和QUICK格式用于对称街道峡谷的汽车排放污染物浓度预测,并与风洞实验结果相比较,研究表明数值模拟与风洞实验吻合较好,调和QUICK格式的预测效果最佳。将调和QUICK格式用于不对称街道峡谷的研究,发现当迎风面建筑物高于背风面建筑物时,峡谷内的流场和浓度场与对称街道峡谷相似,即峡谷内有一个顺时针方向的强漩涡,使得背风面污染物浓度高于迎风面污染物浓度。同时,随着迎风面建筑物高度的增加,漩涡中心的位置成垂直向上分布,且与迎风面建筑物的高度基本成线性关系;当迎风面建筑物低于背风面建筑物且差别较大时,街道峡谷内出现了两个反时针方向旋转的强漩涡,使得峡谷内的流场与浓度场都发生较大的变化,迎风面污染物浓度会高于背风面污染物浓度。同时表明,峡谷上方的顺时针方向漩涡的中心呈抛物线向右上方向发展,而峡谷下方的逆时针方向旋涡的中心呈抛物线向左E方向发展。     

NUMERICAL STUDIES ON AIRFLOW AND POLLUTANT DISPERSION IN URBAN STREET CANYONS FORMED BY SLANTED ROOF BUILDINGS

Based on the CFD technique, fifteen cases were evaluated for the airflows and pollutant dispersions inside urban street canyons formed by slanted roof buildings. The simulated wind fields and concentration contours show that W/H, W/h and h/H (where W is the street width, and H and h are the heights of buildings at the leeward and windward sides of the street, respectively) are the crucial factors in determining the vortex structure and pollutant distribution within a canyon. It is concluded that (1) in a symmetrical canyon, at W/H =0.5 two vortices (an upper clockwise vortex between the slanted roofs and a lower counter-clockwise one) are developed and pollutants accumulate on the windward side of the street, whereas at W/H=2.0 only one clockwise vortex is generated and thus pollution piles up on the leeward side, (2) in a step-up canyon with W/H =0.5 to 2.0 (at h/H =1.5 to 2.0)and a step-down canyon with W/h=1.0 (at h/H =0.5 to 0.667), the pollution level close to the lower building is higher than that close to the taller building since a clockwise vortex is generated in the step-up canyon and a counter-clockwise one in the step-down canyon, (3) in a narrow step-down canyon with W/h=0.5 (at h/H =0.667) very poor ventilation properties is detected, and inside a wider step-down canyon with W/h=2.0 the vortex structure and consequently pollutant distribution varies greatly with h/H.     

城市对称街道峡谷气流及污染物扩散特征的研究

与风洞实验的对比表明数值模拟能较好地预测街道峡谷浓度场。研究了宽、窄两种峡谷（高宽比范围为0．17～3．25）的内部流场和浓度场。表明：当高宽比大于1时,随着高宽比的增加,峡谷内旋涡数逐渐增多,污染物浓度也随着旋涡的变化而变化;当高宽比小于1时,峡谷内由一个旋涡演变为两个方向相反的旋涡,随着高度的进一步减小,两个旋涡开始左右分离,其浓度也随着旋涡的变化而变化。当旋涡为顺时针时,使得背风面污染物浓度出现显著上升的趋势,而当旋涡为逆时针时,会使得迎风面的污染物浓度出现显著上升的趋势。总体看来,随着建筑物高度的增加,污染物难以扩散,从而使峡谷近地面处的污染物浓度增大。     

Wind tunnel simulation of pollutant dispersion inside street canyons with galleries and multi-level flat roofs

In this study, the pollutant dispersion within street canyons is studied by experiments conducted in an environmental wind tunnel. The vehicular exhaust emissions are modeled using a line source. The pollutant(smoke) concentrations inside the canyons are measured based on a light scattering technique. The pollutant concentrations within the four different street canyons containing the galleries and the three-level flat-roofs under both the isolated and urban environments are obtained and discussed. For each of the four canyon configurations investigated, it is found that there is an obvious discrepancy between the pollutant dispersion patterns under the isolated environment and the urban environment. The three-level flat roof is found to significantly influence the pollutant distribution pattern in a street canyon. In order to clarify the impacts of the wedge-shaped roofs on the pollutant dispersion inside an urban street canyon of an aspect ratio of 1.0, the pollutant distributions inside urban street canyons of three different wedge-shaped roof combinations are measured and analyzed. It is revealed that the pollutant distribution pattern inside the urban street canyon of an aspect ratio of 1.0 is influenced greatly by the wedge-shaped roof, especially, when an upward wedge-shaped roof is placed on the upstream building of the canyon. Images from this study may be utilized for a rough evaluation of the computational fluid dynamics(CFD) models and for helping architects and urban planners to select the canyon configurations with a minimum negative impact on the local air quality.     

带裙房建筑结构表面风压的数值模拟分析

针对目前《建筑结构荷载规范》无法给出体形复杂结构表面风压分布的缺点,基于计算流体力学与大气边界层理论,利用CFD数值模技术对带裙房的建筑结构表面风压分布进行了分析。研究结果表明,数值模拟得到的建筑结构迎风面体形系数与规范数据吻合较好;只有建筑物的迎风面处于正压区域,其余面均处于负压区。相关成果可为建筑物抗风设计提供可靠依据。     

太湖风生流及污染物输移扩散数值模拟

建立高精度的太湖三维风生流数值模型和风生流-污染物耦合数值模型,分析了盛行风作用下的太湖风生流特征和风生流驱动下的太湖污染物输移特征。结果表明:稳定后的太湖风生流场,表层流速大于底层流速,表层流向基本上同风向一致,底层流向则与表层大致相反,具有补偿流的特征;风向能显著影响太湖风生流的形态和结构;在垂向扩散作用下,太湖污染物质量浓度沿水深方向上近似均匀分布;在定常风作用下,太湖北部的湖湾区出现多个小尺度闭合环流,不利于污染物的输移扩散,对太湖水环境会产生不利影响。     

多孔方型人工鱼礁绕流的数值模拟研究

数值模拟得到了5种不同来流速度(0.1 ～0.8 n/s)下的多孔方型人工鱼礁周围的水流场.过礁体中心的铅垂面上速度分布表明:①不同来流速度下,上升流的最大速度和平均速度均分别为来流速度的0.74倍和0.12倍,上升流最大高度均为礁体高度的2.6 ～2.7倍,背涡区的长度和高度均分别为礁体高度的4倍和1.25倍;②在靠近礁体背流面形成水流方向与来流方向相一致的透水区.过礁体中心的水平面上速度分布表明:①不同来流速度下,背涡区的长度和宽度均分别为礁体宽度的4倍和1.8倍;②在鱼礁内部形成水流方向杂乱的旋涡区.本研究还初步比较了多孔方型人工鱼礁绕流与无孔方型人工鱼礁绕流的流场效应异同点.     

泰州大桥中塔沉井振动数值模拟

利用计算流体动力学(CFD)方法对泰州大桥中塔沉井进行数值分析,研究了不同流速条件下水流力引起的振动周期及振幅.研究表明,由于流体在沉井后侧发生交替的涡泄,引发了纵向的定常力和振荡力,以及垂直来流方向上的激振力,这两者的倍频关系决定了摆振的形态.在3.5×107≤Re8.1×107时,升力周期出现较大变化,在此范围内施工,需加强锚缆力,防止沉井摆振.     

方型人工鱼礁周围水流运动的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下方型人工鱼礁(边长为3 m)周围的水流场。铅垂平面上的计算结果表明:当水流贴近礁体迎流面时,水流抬升而形成上升流;不同来流速度工况下,上升流最大速度均约为来流速度的0.64倍,上升流平均速度均为来流速度的0.12倍,而上升流的最大高度为礁体高度的2.62～2.65倍;由于流动分离,在礁体顶面形成一小旋涡区,而在礁体背水面后端形成背涡区;5种来流速度下的背涡区长度均为礁体高度的3.0～3.5倍,而背涡区高度为礁体高度的1.1～1.2倍。水平面上的计算结果表明:紧贴礁体四周为水流减速区,在礁体两侧形成小旋涡区(缓流区),而在礁体背部形成一大旋涡区(背涡区);背涡区内的水流旋涡结构随来流速度大小而变,但背涡区的最大宽度基本不随来流速度的改变而改变,约为礁体宽度的2倍。     

峡谷风电场工程微观选址技术研究

分析了峡谷风电场风速相关性、风速垂直和水平切变、湍流强度等风能资源主要特性,提出了峡谷风电场微观选址程序和方法,指出了峡谷风电场微观选址可能的受制约因素并给出了风电机组与主要障碍物最小建议距离。经工程案例分析结果验证该设计方法基本可行,对同类风电场微观选址设计具有一定的借鉴参考价值。     

基于流固耦合的风力机叶片结构稳定性分析

针对叶片在气动载荷下出现局部屈曲现象,建立了大型复合材料风力机叶片有限元壳体模型,主要研究了叶片结构在流场作用下的稳定性。基于流固耦合方法,借助CFD软件计算得到叶片表面的分布压力,将计算结果导入到叶片结构计算的有限元壳体模型,以此为载荷对叶片进行了屈曲分析。以1.5MW复合材料风力机叶片为例的计算结果表明:复合材料抗压性能较抗拉性能弱,叶片背风面受到压缩载荷,局部屈曲主要出现在叶片背风面,叶根向叶中发展的后缘区位于几何突变区,结构设计较为薄弱,需增加该区域铺层材料的厚度。     

潘口水电站通风散热的数值模拟

根据潘口水电站250 MW混流式水轮发电机组的通风系统建立三维流场有限元模型,采用多重参考坐标系方法、多孔介质模型,对该密闭双路磁轭通风系统的流场进行了数值模拟,得到了通风系统的循环风量。以该循环风量为边界条件,对磁轭、磁极和定子组成的内流道进行了流固耦合场分析,计算表明磁极迎风侧的温度低于背风侧的温度,定子端部温度高于中间温度,定子、转子温度在允许温度范围内,可长期安全运行。     

风生流水动力特性试验研究

从以往对太湖和其他浅水湖泊的研究来看,水流走向主要受湖泊表面的风向支配,主要运动形式是由风驱动而形成的风生流。为了研究浅水湖泊风生流的基本特性,构建了一套模拟风生流的水槽试验装置,模拟了15m/s风速下的风生流,并采用高采样频率PIV系统对风生流水动力特性进行了精细的测量,获得了风生流的垂向流场信息。试验表明该系统测量结果符合风生流的形成规律,具有模拟风生流的能力。通过不同流程处、相同风速下风生流时均流场、水平流速、涡量、紊动切应力和紊动强度垂线分布的对比,分析了风生流的水动力特性。风生流水槽试验的结果可以为今后进一步深入研究浅水湖泊风生流提供基础数据。     

垂直上升气液两相流中三角形柱体两相斯托拉赫数的研究

本文试验研究了两种规格三角形柱体，在垂直上升气液两相流中，发生气液两相涡街时，气液两相斯托拉赫数的变化规律。在测得大量数据的基础上，得出了发生气液两相涡街时，气液两相斯托拉赫数的通用关系式，研究表明，气液两相斯托拉赫数在两相工况下为一变数，与来流截面含气率、涡街发生体形状和特征尺寸、来流方向等因素有关，应用此关系式，根据测得的两相涡街频率可钎涡街发展体作为测量两相流流量与组分的测量元件。     

泵站出水流道基本流态分析

为了改进泵站出水流道的水力设计方法，采用三维紊流数值模拟的方法，模拟了虹吸式、直管式和斜式三种型式出水流道内的流动形态；发现出水流道平面方向上的扩散情况较好，而立面方向在出口断面附近则不同程度地存在着旋涡，该旋涡对流道出口断面的流速分布有很明显的影响；提出在流道设计时应最大限度地利用流道宽度方向的扩散，以免出口断面的有效面积过多地被旋涡挤占。     

新疆博斯腾湖二维水动力数学模型研究

风场是影响湖泊水动力的重要因素,它可以改变水体运动速度和方向,影响各种物质在湖泊内的输移扩散。通过分析博斯腾湖大湖区风场,准确估算出风力、风向变化情况,构建了博斯腾湖平面二维水动力模型。应用计算模型对博斯腾湖水动力进行模拟预测,分析不同风向、风速对湖泊流场结构的影响,为进一步研究博斯腾湖水动力和污染物输移扩散提供理论依据。     

基于Holland风场的台风浪数值计算

在海岸工程中,台风浪的影响较大。为了提高台风风场模拟精度,基于Holland台风风场模型,选取不同的最大风速半径参数和B参数进行组合,将模型构造风场与实测浮标风速资料进行比较分析,误差统计表明,Willoughby风速半径公式和Vickery的Holland B参数公式组合之后的计算误差最小,对风场的模拟效果最好。然后采用SWAN近岸波浪模型,选取最优风场参数,模拟了1323号“菲特”台风过境期间浙南地区的台风浪。模拟结果表明,最优组合参数生成的台风风场,对台风浪的模拟结果较好。当台风登陆时,温州地区的有效波高超过了10 m,明显高于其他区域,近岸波高等值线分布较为密集,台风移动方向右侧有效波高相对较大。台风进入内陆以后,波高迅速减小至4 m左右。     

地震波斜入射下深厚覆盖层河谷加速度分布特征分析

我国西部地区普遍具有高山峡谷和深厚河床覆盖层的特点,而对于深厚覆盖层河谷场地的地震动分布特征的研究却很少。本文采用黏弹性人工边界及其相关地震动等效荷载输入的方法,研究了地震动P波和SV波入射角度及入射波峰值对深厚覆盖层河谷场地加速度放大系数分布特征的影响。结果表明：（1） P波和SV波入射角度一定时,入射波峰值对河谷两岸平台及岸坡的加速度放大系数影响很小;（2） P波左侧入射时,随着入射角度的增大,左岸平台及岸坡x分量的加速度放大系数增幅较大,z分量的加速度放大系数增幅较小保持在2倍左右,河谷覆盖层表面x和z分量加速度放大系数逐渐趋于均匀分布;（3） SV波左侧入射时,随着入射角度增大,整个河谷覆盖层表面x分量的加速度放大系数呈现出坡脚附近较小,中间部位和两岸平台较大;z分量放大系数呈现出相反的规律。这些结论可以为具有覆盖层河谷工程场址的地震动参数设计及加速度监测点布置提供一定的参考。     

多股多层淹没射流消能水流流态及漩涡特性研究

利用多股多层淹没射流消能时消力池内流态非常复杂,有漩涡产生,可能威胁消力池安全进而危及枢纽工程。引入高速摄像系统,采用大比尺物理模型对消力池水流流态及漩涡特性进行了研究。结果表明:高低坎消力池底部产生较大尺度的回流旋滚,回流旋滚与消力池水体发生强剪切作用并在跌坎与池首的角隅处生成横轴漩涡和立轴漩涡,部分横轴漩涡横向发展会转变为近边墙立轴漩涡;水跃旋滚与消力池水体发生强剪切作用在跌坎与池首的角隅处生成立轴漩涡和纵轴漩涡;横轴漩涡、立轴漩涡和纵轴漩涡是间歇性、随机和游移的。     

垂直坡度地形风电场的风资源特性研究

为了准确评估垂直坡度地形风电场的风资源特性,选取了风电场内两个具有代表性的位置进行现场测风,对测风数据进行综合对比分析表明,如果来流风向上存在垂直或近似垂直的坡度地形,会对坡顶边缘位置的风速和湍流产生不利影响,而随着向腹地的深入,不利影响将逐渐减弱.因此,机位选址时,在主风向上应尽量避免选择垂直坡度地形的坡顶边缘位置,...