大跨度双曲屋盖分区风压系数研究

大跨度双曲屋盖结构形状复杂,目前国内外规范尚未对此类结构的风压系数给出明确规定.为此,本文针对四种典型形状大跨度双曲屋盖,研究其分区风压系数,为工程实践提供有利参考.首先研究分析流场参数、屋盖自身的几何参数等对其表面风压分布的作用,分析得到最不利参数.然后针对各大跨度双曲屋盖的特点,分析并总结出在常用工程高度范围,各典型形状的大跨度双曲屋盖的分区风压系数建议值,并与现行规范中的类似情况比较,为类似结构的实际工程抗风设计提供有益的理论支持和实际参考.     

单体建筑高度对风压作用下自然通风的影响

目的分析风压作用下民用建筑的自然通风能力和不同高度建筑对风压作用下自然通风的影响.方法采用计算流体力学方法,对不同风速、不同高度条件下建筑风压作用下自然通风能力进行数值模拟,并通过实验数据验证方法的正确性.结果得到单体建筑风压差系数分布规律,其风压作用下自然通风外部条件最好之处为建筑高度的4/5处.建筑迎风面中部风压作用下自然通风效果好于建筑物两侧.风压差系数对风速变化不敏感.不同建筑高度风压差系数分布规律相似.结论本数值方法能够正确地反映建筑表面的风压分布;风压作用下自然通风效果随单体建筑高度增高而增大,随风速增加而增大.     

雷诺数对大跨屋盖结构表面风压的影响

为研究不同雷诺数对大跨度屋盖结构表面风压分布特性的影响,采用大涡模拟计算流体动力学方法,计算二维屋盖表面平均和脉动风压系数;系统分析雷诺数对屋盖表面风压分布、流动分离及再附着现象的影响.数值计算结果表明:随着屋盖表面特征雷诺数的变化,屋盖表面风压分布亦发生明显变化,特征雷诺数较低时屋盖表面风压较平稳,特征雷诺数升高时屋盖前部的风压系数大幅增大,但增幅逐渐降低,最终趋于稳定.结果验证了雷诺数效应在屋盖结构风荷载模拟中的重要影响.     

液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟

应用欧拉-欧拉双流体模型,液相采用k-ε湍流模型,同时考虑液固两相间耦合作用,数值模拟液固流化床内液固两相流动,研究了液体密度和粘度对液固流化床内流动特性的影响.研究结果表明,液固流化床内液体、颗粒混合比较均匀,呈现散式流态化特性.颗粒轴向速度随着液体密度和粘度的增大而增大,并且在床内分布趋势相同.数值模拟得到床层膨胀高度的结果与Babu等人公式计算值相吻合.     

援莫桑比克国家体育场风荷载相干函数与风致响应分析

援莫桑比克国家体育场屋盖为典型的钢结构大跨度悬挑屋盖,风荷载为其结构设计的主要控制荷载.通过刚性模型表面测压风洞试验,得到了体育场屋盖的风压时程,并以此为基础,计算了屋盖表面各测点的风荷载相干函数,分析了屋盖结构不同区域测点之间表面风荷载相干函数的变化规律.另外,利用结构有限元模型,使用频域方法计算得到了结构的位移与内力均方根响应,分析了屋盖表面风荷载相干函数对风致位移和内力响应的影响以及振型数量和振型交叉项对屋盖风致位移和内力响应的贡献.结果分析表明,在进行结构风致响应计算时,不考虑各测点之间的相干函数,会低估结构的风振响应,不考虑结构振型交叉项的影响,也会导致计算结果较大的误差.     

大跨平屋盖风致破坏开口附近的风压变化

利用计算流体动力学(CFD)软件CFX11.0,采用基于雷诺平均(RANS)方法的SSTk-ω湍流模型对大跨度平屋盖风致破坏过程进行了二维数值模拟,研究了风致连续破坏过程中屋盖开口附近风压系数的变化规律。结果表明,大跨度屋盖迎风边缘部位的风吸力最大,屋盖的风致破坏往往由这些部位开始。屋盖破坏过程中破坏开口边缘处风压发生较大变化,这是屋盖风致连续破坏的主要原因。此外,结构前后入口的大小也对破坏开口外表面风压系数分布规律有较大影响。文中定性地对屋盖结构风致破坏过程进行了数值模拟分析,可为大跨度屋盖局部抗风设计提供参考。     

大跨屋盖风压分布的数值模拟及拟合方法研究

针对大跨度屋盖结构绕流特性较为复杂的问题,借助CFD数值模拟技术对大跨度屋盖表面风压分布进行了数值模拟,采用了雷诺应力湍流模型(RSM)和SIMPLE压力校正算法,并与风洞试验结果进行了对比分析,两者吻合较好.为了便于工程设计,提出了风压分布的二维几何平面拟合方法及拟合公式及同时考虑风向角的三维拟合方法及公式.结合CFD数值模拟结果对平均风压系数进行了拟合,阐述了风压系数拟合方法的准确性及拟合中应注意的问题.     

体育场月牙形大跨悬挑屋盖风荷载特性

风荷载是大跨悬挑屋盖的主要控制性载荷,本文以灵武体育中心为例,采用同步测压风洞试验技术,对体育场中最常采用的双侧布置的月牙形大跨悬挑屋盖平均风压、脉动风压、极值风压分布进行了研究,为该类结构的抗风设计提供参考.试验结果表明:不同风向角下,由于月牙形悬挑屋盖倾角的变化,来流在屋盖表面形成不同的特征湍流;对于屋盖整体而言,平均风荷载、脉动风荷载随风向角变化均匀,处于来流下游的悬挑屋盖平均风荷载、脉动风荷载均较处于来流上游的悬挑屋盖大.悬挑屋盖上表面极值风压数值普遍大于下表面,且变化更为剧烈.     

异型开敞屋盖风荷载与风场特性数值模拟研究

以某医院的异型开敞屋盖为研究对象,分析了其周围的流场分布及平均风荷载的分布情况。采用Realizable k-ε湍流模型,根据屋盖的主要特征建立了相应的简化模型,并进行了模拟分析。结果表明,异型开敞屋盖与主体建筑之间存在特殊的位置关系,导致屋盖与后方建筑之间极易形成漩涡。当屋盖正面直接面对风向时,气流会受到堵塞效应的影响,使得屋盖迎风面的风荷载相对较小,此时体型系数约为0.1。当屋盖侧面朝向风向时,气流相对畅通,屋盖表面主要受到风吸力的作用。研究结果可为建筑方案的早期设计提供参考。     

大跨度钢结构屋盖拆撑过程数值模拟的千斤顶-间隙单元法

大跨度钢结构屋盖拆撑过程数值模拟的难点在于千斤顶工作机理的模拟、临时支撑与主体结构脱离及再接触的模拟、以及临时支撑的回弹现象.基于经典梁单元,构造了模拟千斤顶工作机理的只压不拉梁单元.建立了一种新的拆撑过程数值模拟方法:千斤顶一间隙单元法.该方法在千斤顶上端点与主体结构相关联节点之间设置一个两节点间隙单元,把千斤顶单元和间隙单元串连起来,通过对两个单元进行力学状态的判定及其参数的改变来模拟临时支撑与主体结构的脱离和接触.计算结果表明,所编制程序可有效模拟大跨度钢结构屋盖的拆撑过程.     

大跨度柔性屋面建筑风振响应研究——突然开孔时的内压及屋面响应研究

研究了大跨度柔性屋面建筑在台风中门窗破坏产生突然开孔,风从开孔涌人引起的内压以及屋面响应问题.假定建筑物体积变化与内压成线性关系,推导了突然开孔时内压以及屋面响应的理论公式,并进行了大跨度平屋面气动弹性模型风洞试验.理论分析结果与试验结果符合较好,说明理论分析有足够的精度.研究结果表明,大跨度柔性屋面建筑突然开孔时有内压突然增大的现象,屋面呈现两个共振频率,屋面柔度能够增大系统阻尼,降低屋面响应,风速以及开孔面积增大时能增大屋面响应.     

大跨悬挑屋盖风振响应参与模态分析

根据援巴哈马体育场和援几内亚体育场主看台悬挑屋盖风洞试验数据结果,分析和探讨了采用频域分析法计算大跨度悬挑屋盖风振响应时应考虑的结构模态数和频率范围,得到强风作用下悬挑屋盖结构均方根位移与内力响应随参与计算的模态数和频率范围的变化规律,并从屋盖表面测点风压谱密度的角度解释了这种变化规律。     

大跨度网架屋盖整体提升技术研究

建筑技术的快速发展使大跨度空间钢结构屋盖结构的应用日益广泛,合理的施工技术可保证结构施工过程的安全性和高效性。文章以某新建高铁站大跨度空间网架屋盖施工为例,针对其存在的结构跨度大、自身重量重、施工高度高、施工难度大等工程难点,结合施工进度要求和现场条件,确定了采取地面拼装加整体提升的施工技术,并采用有限元软件分阶段施工模拟研究了钢网架提升过程中存在二次受力的问题。其结果为：合理布置提升点可以减小结构在采用整体提升技术施工时产生的初始内力和变形,同时应严格控制同步吊点位移差不应>20 mm。     

管式布风流化床密相区气固流动特性数值模拟

为了研究新型管式布风流化床密相区气固流动特性，对流化床内流动特性进行了数值模拟.运用基于颗粒动力学理论的欧拉－欧拉气固多相流模型和PC-SIMPLE算法，模拟得到了床内密相区不同工况条件下的气固流动特性，分析了气泡生成、长大和破灭过程，同时讨论了布风管小孔风速和管节距对流化质量的影响.计算结果表明：管式布风流化床具有内循环流化床的气固流动特性，气泡的生成初期具有一定的对称性质，在气泡长大到一定大小的时候，相邻的气泡会发生融合现象，减小布风管小孔风速或增加布风管的横向间距可能造成床层中间部分床料流化质量不高.     

水平井分段压裂射孔间距对煤储层压裂缝延伸的影响

水平井分段压裂射孔间距对煤储层渗透性能影响显著,为了探讨不同射孔间距下煤储层压裂缝延伸规律,以鄂尔多斯大宁-吉县矿区为例,采用扩展有限元法模拟射孔间距对压裂缝起裂压力、几何特征和延伸形态的影响。结果表明：当射孔间距较小时,裂缝起裂压力较高,高度与宽度较小,且延伸形态较为复杂,裂缝偏向最小水平主应力方向延伸;随着射孔间距增大,裂缝起裂压力降低,高度与宽度增加,裂缝延伸逐渐回归到最大水平主应力方向;射孔间距达到105 m时,裂缝起裂压力与几何形态基本不再发生变化,所有裂缝不再偏转,压裂效果最佳。现场验证表明,模拟结果与实测数据吻合度较高,各项参数误差仅2%～5%,从而证明所建数值模型的正确性。研究结果可为水平井分段压裂施工设计提供理论依据。     

弧形内凹大跨屋盖结构风荷载特性的风洞试验与数值模拟

对弧形内凹大跨钢屋盖航站楼结构的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到屋盖平均和脉动风压系数,结构分区体型系数.理论分析采用基于Reynolds时均的RNG k-ε湍流模型,通过FLUENT软件对结构在部分风向角下的三维定常风场进行了数值模拟,分别从风压系数分布、分区体型系数变化和风速矢量图等方面进行详细研究,并与风洞试验结果对比分析.结果表明:风洞试验和数值模拟结果吻合良好,两者可相互验证.屋盖结构均承受风吸力作用,气流在迎风区域分离后形成的漩涡作用将使局部产生较大的负压区.屋盖上挑檐进行开洞处理,以及在挑檐下部设置导流板,可以有效减小其所受风荷载作用.     

大跨悬挑屋盖结构形式对抗风性能的影响

以两个援外大型体育场主看台悬挑屋盖为工程背景,基于风洞试验刚性模型风压测试数据,从振型、频率以及在风荷载作用下的平均风压系数和脉动风荷载谱密度诸方面,分析和比较了有拱和无拱两种结构形式的大跨悬挑屋盖结构的抗风性能,得出悬挑屋盖挑蓬前沿拱可以明显改善屋盖结构抗风性能的结论,并且通过运用随机振动理论对两体育场悬挑屋盖进行风振响应计算验证了上述结论,总结出前沿拱有利于大跨度悬挑屋盖结构抗风的几点原因。     

高层扩散体建筑风能集聚效应研究

为研究截面为方形的高层扩散体建筑的风能集聚效应,采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法,以平均风速、风速增大系数和湍流强度作为评价指标,选取建筑间距、风向角和建筑高差等作为控制变量,通过比较分析获得不同情况下高层扩散体建筑风能集聚效应的最佳位置.结果表明:适当的建筑间距对集聚效应具有加强作用,而后随间距增大集聚效应减弱,迎风面宽度相比风通道长度对风能集聚效应影响更大,且在建筑全高的1/2~5/6范围内风能集聚效应明显,其中在3/4处达最佳.然而,随着建筑高差的增大,风能集聚效应逐渐减弱,其中风速最大位于相对较低侧建筑全高的5/6处.     

基于Hilbert-Huang变换的大跨屋盖气动阻尼识别

当风流经大跨柔性屋盖时，屋盖在内外压共同作用下表现出显著的流固耦合特性.根据Hilbert-Huang变换的特点，在比较多种气动阻尼识别方法的基础上，提出联合采用经验模态分解法(EMD)、改进的随机减量法(MRDT)和Hilbert变换法(HT)进行大跨屋盖气动阻尼识别研究，并详细阐述了联合法的技术原理.通过大跨屋盖气弹模型风洞试验，将采集的信号经EMD法得到各阶模态响应(IMF)，提取主要IMF经过MRDT、HT及带通滤波技术，识别出屋盖在四周封闭和突然开孔两种状态下的气动阻尼和固有频率.研究了在不同风速下屋盖气动阻尼的变化特性.在突然开孔时，气动阻尼对屋盖风致振动的影响不可忽略     

外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性模拟

为进一步揭示外掠管束间蒸发冷却传热传质及压降特性,综合考虑了管束壁面水膜的形成及湿空气-喷淋水间传质过程,采用DPM(Discrete phase model)与水膜耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性分析模型。首先,采用文献实验数据验证了模型的可靠性,其误差在1%范围内;然后,采用模拟方法,研究了外掠管束间传热传质及压降沿竖直高度方向的变化特征。结果表明：由于湿空气焓差和饱和空气焓差的变化,导致传质系数沿盘管高度方向发生波动,但总体呈降低趋势;在同一工况下,湿空气焓差对传质系数的影响较大,传质系数的波动主要是湿空气焓变化造成的;外掠交错管束间喷淋水膜温度并非保持恒定不变,而是随盘管高度的降低而降低,即沿下落方向液膜温度逐渐降低;交错管束底部区域喷淋水蒸发量最大,沿盘管高度方向,喷淋水蒸发量降低;喷淋水发过程主要发生在管束表面及管束尾流区,通过在管束间增加挡板或者减小管间距,可以强化管束表面及尾流区流场扰流作用,增强喷淋水的蒸发冷却作用;交错管束间传热系数在换热盘管中间稳定区域变化较小,其受进气温度、喷淋水温度及相对湿度的影响较小;交错管束间压力...