大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数，并分析了屋面的风压分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

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.     

低层四坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合风洞模型试验对4种坡角的低层四坡屋面房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值
模拟和分析。数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型，采用具有良好适应性的四面体网格，
利用Fluent软件实现了流场的数值求解。通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现，屋面坡角和风
向角对四坡屋面房屋的屋面风压具有显著影响，在不同风向角下的峰值压力一般都出现在屋脊或迎风屋檐
附近；屋脊处的峰值吸力绝对值随着坡角增加而增大，迎风屋檐处的峰值吸力随着坡角增加而减小。在对
压力分布进行分析的基础上，还给出了屋面各分区风载体型系数的变化曲线及这些系数的简化计算方法。     

低层双坡房屋屋面风荷载的数值研究——坡角和高宽比影响的分析

为探讨屋面坡角和房屋高宽比对低层双坡屋面房屋的屋面风荷载的影响，采用数值模拟方法并结合足尺模型测试的验证，对一系列具有不同坡角和高宽比情况的双坡屋面房屋的屋面风压分布进行了参数分析.利用基于Reynolds时均方程和可实现的k-ε湍流模型的模拟方法，得到了不同几何外形的屋面平均风压的分布曲线，总结了屋面平均风压系数随高宽比、坡角变化的基本规律.结果表明,随着屋面坡角的增大，迎风屋面的风压绝对值趋于减小，背风屋面则趋于增大，推荐坡角为15°～25°；屋面风压随房屋高宽比的增大而增大.     

计算模拟建筑物对近源大气污染物扩散的影响

采用3个湍流模型(标准k-ε湍流模型、剪应力输运模型(SST)和SSG雷诺应力模型)和污染物输运方程对孤立建筑物周围的烟流扩散现象进行了数值模拟,并通过风洞试验数据对模拟结果进行了评估.结果显示:3个湍流模拟均能较好地再现孤立建筑物尾流区的浓度分布,但在数量上趋向于低估污染物浓度值和烟流的散开程度.     

沈阳综合体育馆大跨封闭屋盖平均风压数值模拟

为验证数值模拟在大跨封闭屋盖平均风压应用的可行性,采用数值模拟的方法对沈阳奥林匹克体育中心综合体育馆屋盖平均风载进行了分析,得到屋面上不同风向下的总升力与平均风压分布.分析了总升力随风向变化的规律性,并将平均风压分布与风洞试验结果进行了对比分析.可看出两种方法在三边有屋檐的屋面上的结果接近,说明数值模拟方法模拟封闲大跨屋盖的平均风压分布可行.通过悬挑边和圆弧边对比,可看出SST K-w湍流物理模型在计算以分离流为主的流场时,精度很好.最后研究了不同形式屋檐屋面上锥涡分布的特点.     

低层双坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合低层民房风荷载及抗风性能的研究，采用基于Reynolds时均方程和标准κ-ε湍流模型的数值模拟方法，对一低层双坡屋面房屋的周围风场和表面风压进行了数值模拟．数值模拟采用具有良好拓扑性的四面体单元对计算区域进行网格划分，用顶点中心格式的有限容积法对控制微分方程进行离散，以解压力耦合方程的半隐式法(SIMPLE算法)实现对非线性离散化方程的求解．通过与风洞试验值的比较，表明了数值模拟能较好地反映低层房屋表面风压的分布，所得到的风压系数与风洞试验数据能很好地吻合．     

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.     

复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值模拟

目的比较复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值计算与风洞试验结果,分析研究大跨结构表面风压的分布特性.方法选用可实现的Realizable模型和非平衡壁面函数法,对武汉天河机场新建航站楼实际尺度的几何模型进行了不同风向角时风荷载的数值模拟.结果计算出了模型各个测点的平均风压系数,并与风洞试验数据进行了比较.在不同风向角时,除转角和悬挑屋檐部分,数值模拟值和风洞试验值的一致性比较高,测点的相对误差都在10%以内.结论用数值分析方法对机场航站楼这一复杂的大跨度结构表面风荷载进行数值模拟,其结果具有一定的参考价值.尽管目前数值模拟方法还不能取代风洞试验,但将其作为一种辅助手段是可行的.     

高层建筑风场的数值模拟和风洞试验结果比较

以中华城商业社区高层建筑群为工程背景,采用RNGk-ε湍流模型模拟了建筑群中超高层建筑的表面平均风压分布及周围风环境,计算了与风洞试验等雷诺数及增大来流风速和模型尺寸提高雷诺数后的两类雷诺数工况,并同风洞试验结果进行了对比。结果表明,在等雷诺数情况下,风洞试验和数值模拟得到的超高层建筑表面风压分布较为一致,数值差别在15%以内;数值模拟与试验雷诺数相差25倍的工况中,当多数建筑主轴向与来流风速成一定角度时,超高层建筑的风压分布及周围流场的数值模拟结果与试验较一致;当多数建筑主轴向与来流风速平行时,尾流中旋涡分布的数值模拟结果与试验差异明显,但平均风压分布的数值模拟与试验结果略显差别。     

不同地貌条件下对自然风高频湍流分量的观测

风力在速度与方向上的不稳定性可引发结构的振动并可导致损坏。由于气象资料取值周期较长而结构自振周期一般在秒的数量级，因此现有描述风不稳定性的数据常不符合结构动力分析的需要。本文观测记录了滨海、高山及城郊等不同地貌测点其风速、风向同时逐秒的变化。数据显示滨海测点风较稳定，高山测点在不同风向下所测风皆有一定程度不稳定性，而城郊测点风不稳定性较大。因此认为对于在不利地形条件下工作的结构应进行必要的风动力分析。     

风剪切对风力机设计的无关性分析

根据指数律的风速分布函数,对风轮扫掠面积上的实际风功率与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率的差值做精确计算,得到了风功率的增量。在四类廓线指数、七种塔架高度情况下,利用数值积分方式计算得到的结果表明,采用风轮中心风速做为单一的设计风速是切实可行的,风剪切对于风力机的气动设计基本无关。     

风力机风轮设计中风速的处理

风力发电是风能利用的最好形式.随着单机容量的不断增大，风力机的整体尺寸也越来越大，包括塔架高度.一般情况下，无穷远来流风速随高度的增加而逐渐增大.所以在设计大功率水平轴风力机风轮时，风轮设计者是否要考虑无穷远来流风速在铅垂高度等于直径的范围内的速度梯度将是一个值得注意的问题.为准确计算风轮的气动特性，就必须针对这一速度变化范围用合理的方法给定设计风速.分析并证明了用风轮中心处的速度作为设计风速是相当合理的.     

西北工业大学直流式低湍流度风洞设计中的几个关键问题

本文主要阐述西北工业大学直流式低湍流度风洞设计中的几个关键问题,如大收缩比、多层网、低噪声风扇以及抑制风扇噪声上传的一些措施.这座风洞的最低湍流度为0.01％～0.02％.这一湍流度已达到了国际上回流式低湍流度风洞的最高水平.通常直流式风洞由于进气及环境噪声的影响较回流式风洞为大,且风扇噪声的影响亦较大,故其湍流度常较回流式风洞大.西北工业大学的直流式低湍流度风洞由于在设计中对于降湍、减噪作了综合处理,故其湍流度达到了回流式风洞的最高水平.本文主要阐述西工大低湍流度风洞设计中的几个关键问题.     

绵阳南郊机场航站大楼风压分布研究

以兴建于四川省绵阳市的南郊机场航站大楼为对象,在中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所的4.0 m×2.2 m×15.0 m风洞的工业试验段中,利用几何缩尺比为1:100的刚体模型,系统地研究了该建筑外表面平均风压分布和脉动风压分布特性,给出了可用于设计的风载荷值,以确保大楼特别是上部悬臂屋顶在100年重现期风速下的安全性与稳定性.     

基于风资源测评的化德风电场二期工程的风机选型初选规划

大规模利用可再生能源,是世界各国发展的重要战略规划.其中,发展最快的是风能.占全国风力资源量39.9%的内蒙古自治区,成为了我国风能开发的前沿阵地.位于内蒙古化德县内的华能国际化德大地泰泓风电场,在已有风电场建设的基础上,规划建立二期工程.本规划运用风资源测评方法,借助化德县气象站作为风电场测风的参证气象站,利用多年的气象数据,对1260号测风塔的数据进行了修正,同时把风资源测评和风电场经济性统一起来,完成了化德风电场二期工程的风机选型初选规划.     

大跨度光伏跟踪支架结构风振响应特性研究

为研究大跨度光伏跟踪支架的风振响应特性,以某平单轴跟踪式光伏支架为研究对象,分析其动力学特性,采用谐波叠加法模拟脉动风速时程,通过时程分析方法对支架进行风振响应研究并考察平均风速、光伏板倾角以及风向角对光伏跟踪支架结构风振响应的影响。研究结果表明:光伏跟踪支架自振频率较低且分布集中;所有支撑组件中,檩条风致位移响应最大,主梁和立柱位移响应较小;檩条顺风向长度上位移响应具有不对称性,主梁横风向长度上位移响应与自身结构对称性一致;结构风致位移响应随着平均风速、光伏板倾角、风向角的增大而增大;负向风荷载作用下,光伏跟踪支架风振响应更剧烈,光伏板倾角从25°增大到35°时,支架的刚度会迅速降低,横向脉动风对主梁和立柱的位移响应影响很大。     

风力机风轮设计中计算风速影响的两种新形式

根据指数律的风速分布函数,在两种坐标系中采用不同的数学处理形式,对风轮扫掠面积上的风功率做精确计算,并与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率做对比。定量分析结果证实采用风轮中心处的风速做为单一的设计风速具有很好的合理性,非均匀的风速切面对于风力机的气动设计基本无影响。     

某体育会展中心大跨屋盖系统风荷载试验

介绍了某体育会展中心会展馆和体育场的大跨屋盖系统模型风洞试验的概况和主要试验结果,分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法;结果表明,正面迎风时,体育会展馆和体育场屋盖边缘的平均风压和脉动风压系数均较大,采用规范方法算得的会展馆围护结构风荷载大部分小于采用统计方法算得的数值,而用规范方法算得的体育场围护结构风荷载均小于用统计方法算得的结果。     

行列式布局建筑群风环境的试验及优化设计

为了研究如何通过选择合理的布局方式来改善建筑群内的风环境,设计并进行了一系列的风洞试验,对整个建筑群的流场进行了测试以获得整体的风环境状况.通过研究风速比和布局参数、风向角的关系给出了便于设计应用的风速比等值线图.引入了行列式建筑群的无量纲布局参数的定义,以便于研究成果的应用;提出了最小化最大风速比和最小化非期望区域面积的两种优化设计理念,并应用这两种优化理念确定了小区的合理布局参数,改善了风环境.