大型客运码头风荷载特性和风环境分析

采用刚性模型测压风洞试验与CFD数值模拟相结合的方法,对大型客运码头风荷载特性和风环境进行了分析。结果表明,CFD数值模拟得到的码头屋盖风荷载分布与试验结果相吻合,能够用于模拟复杂建筑群的绕流;客运码头建筑物的布置形式对其屋盖风荷载影响较大,降低屋盖下方附属建筑物的高度,可以有效缓解气流在屋盖前缘的分离,减小作用于其上的风荷载。码头风环境分析结果表明,建筑物对气流的干扰作用是引起风加速的主要原因,算例客运码头的风环境问题较为突出。     

建筑表面风压的三维数值模拟

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ＳＩＭＰＬＥＣ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测     

船用布风器冬季工况射流流场模拟及试验研究

针对冬季工况下船用布风器的射流流场进行CFD数值模拟计算和风速试验,通过试验结果与模拟结果的对比发现,布风器射流流场的模拟结果和试验结果在上浮流动和贴附流动方面表现出一致性,在射流风速的衰减趋势方面吻合良好,验证CFD数值模拟方法在船舶舱室气流组织研究方面具有可靠性,为船用布风器数值模拟边界条件的设置提供参考。     

风荷载测试与模拟技术的回顾及展望

对大跨度桥梁、大跨空间结构、高层建筑、高耸塔桅结构等建筑物和构筑物而言，风荷载是结构抗风设计、防灾减灾分析的控制荷载之一。风与上述结构间的相互作用十分复杂，可通过风洞试验、现场实测、数值模拟等方法获取详细可靠的风荷载数据。本文简要介绍了大气边界层风特性与风荷载作用特点，回顾了结构风工程中风洞试验与现场实测的基本情况，讨论了风荷载时程的各种数值模拟技术，展望了风荷载测试与模拟技术研究的趋向。     

侧风环境下高速列车外部流场数值模拟方法研究

该文基于有限体积法的CFD 软件以及块结构化和四面体非结构化网格,采用三维常物性定常不可压缩流动N-S 方程的SIMPLE 算法,利用国外典型模型试验数据对ICE2 高速列车侧风环境下的空气绕流进行了数值模拟方法研究。结果表明:四面体非结构化和块结构化网格一样均能得到较好的结果,同时采用二次非线性高雷诺数k-ε模型和MARS差分格式的数值结果与试验数据吻合较好,从而验证了数值方法的正确性。在此基础上进行了四面体非结构化网格的独立性研究,得出适宜的网格总数和固壁法向第一层网格厚度合理的取值。该文确定的数值计算方法和四面体非结构化网格划分方法可用于复杂几何外形高速列车的数值模拟。     

防晃水箱控制高层建筑风振响应研究

防晃水箱作为一种新型调谐流体阻尼器,是在一般水箱内安置环形防晃板,在高层建筑顶部设置这种水箱可以增加阻尼,减小建筑物的振动响应。本文应用数值模拟技术对高层建筑物的顺风向和横风向风载进行了时程模拟,考虑了水箱和结构间的动力耦合作用,分析了水箱对高层建筑物风响应的控制作用,为强风下研究高层建筑物的舒适性和安全性提供了一个有效的分析过程,也为合理设计防晃水箱提供了理论依据。     

方柱绕流的二维和三维数值模拟

为了深入研究方柱绕流中流动情况,详细分析方柱受力,通过采用标准k-ε模型和DES模型,运用有限体积法对单方柱绕流进行了数值模拟,着重研究了流场形态、升阻力系数变化曲线,给出了流场中方柱在不同雷诺数下受到的升力和阻力的变化情况.通过与前人的实验和数值结果比较,证明了DES计算模型对于三维钝体绕流计算是可行的.表明三维数值模拟优于二维数值模拟,且随着雷诺数的增加,CD的平均值增加而St数先增大再减小.     

Cartesian网格结合无网格法处理的二维柱体

本文发展了基于四叉树数据结构的网格生成和二维流动的N-S方程数值求解器及动边界问题的Euler方程求解方法。采用压力梯度或者密度梯度的绝对值作为网格自适应的控制参量,同时采用基于最小二乘法的无网格方法处理对于一般Cartesian网格难于处理的物面边界条件。文中采取了绕方柱流动和绕圆柱流动的经典算例对所发展的方法进行了验证。计算的结果验证了所发展的方法在处理绕流流动时的合理性和有效性。采用Naca0012翼型的几种工况验证了所发展的动网格技术在处理无粘流动的合理性和可行性。从而为数值模拟具有复杂几何外形的流动提供了一种网格布局合理、高效,边界处理简单易行的新思路。     

驻点引射飞艇减阻数值模拟

提出一种驻点引射的减阻方法,从飞艇前缘至后缘开流动引射孔,部分外部流动转变成内部流动从引射孔导出。通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型,模拟了具有驻点引射流动飞艇绕流流场,探讨了不同尺寸孔径以及不同的入口形状的流动状态。数值模拟结果显示:驻点引射方法可以有效改善飞艇绕流流动,大幅度降低飞艇阻力系数。不同的孔径以及入口形状的流动结果显示,在飞艇最大厚度1/15的开孔孔径范围内,不同的孔径以及开口形状不会对驻点引射飞艇外部绕流流场产生显著影响。     

通气空化多相流动特性的实验与数值研究

为了进一步分析通气空化多相流的特性,采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕带空化器回转体的通气两相流动和通气三相流动的结构进行了对比分析。实验中采用高速全流场流动显示技术获得了通气空化多相流动的空泡形态;数值模拟中采用滤波器湍流模型（FBM）进行了数值计算,获得了空泡形态和流线分布,数值模拟获得的空泡形态与实验一致。结果表明,由于空化数的不同,在相同通气率下,绕回转体通气空化三相流动的空泡形态不同于通气两相流动;同时空泡的非定常行为也发生了大的变化。     

建筑物内爆炸荷载研究综述

室内爆炸已成为当前建筑物面临爆炸灾害的主要形式之一。本文针对建筑物内化学炸药爆炸和可燃性气体混合物爆燃两种情况,从理论研究、模型试验和数值模拟3个方面总结并评述了当前国内外的研究现状,指出相关研究多以容器及管道内的爆炸试验或数值模拟为主,现有的理论模型对建筑物特点及使用功能考虑较少。     

绕管换热器壳侧气相流动实验与数值模拟

搭建了绕管换热器壳侧流动实验平台,并对一个竖直布置的4层绕管式换热器进行了壳侧空气流动实验。与关联式进行对比,包含换热器结构参数的Messa压降关联式,平均绝对偏差12.82%。同时,针对绕管式换热器壳侧几何结构的周期性,利用周期性边界条件,简化了绕管换热器壳侧的几何模型。并应用简化后的三维微元结构对绕管壳侧的传热和压降特性进行了数值模拟。模拟结果与实验较为吻合,压降的平均绝对偏差为16.81%。     

爆炸冲击波绕过墙体的数值模拟研究

利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,对空气冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了在爆源周围有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,分析了空气冲击波的绕流规律。试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸波绕过防爆墙的详细过程。通过对数值模拟和试验结果的分析,得到了爆炸波绕流的内在机理,为防爆墙的设计与加固提供依据和参考。     

爆炸冲击波绕过墙体的数值模拟研究

利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,对空气冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了在爆源周围有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,分析了空气冲击波的绕流规律。试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸波绕过防爆墙的详细过程。通过对数值模拟和试验结果的分析,得到了爆炸波绕流的内在机理,为防爆墙的设计与加固提供依据和参考。     

风对隔震建筑物居住舒适度的影响

在时域上通过数值模拟分析,研究了顺风向和横风向脉动风荷载对基础隔震建筑物居住舒适度的影响。隔震系统包括叠层橡胶隔震器和铅阻尼器,叠层橡胶隔震器采用退化滞回模型进行分析,铅阻尼器则运用双线形模型分析其恢复力。基于脉动风速的多点自咽归模拟方法,根据功率谱函数和空间相关特性模拟脉动风力时程曲线。通过实例,研究了隔震建筑物风振响应特性,讨论了相关参数对振动特性的影响,为脉动风载下隔震建筑物的居住舒适度分析与计算提供了一个有效方法。     

几何绕射理论下楔形障碍物衍射

应用几何绕射理论，研究不同角度和不同频率情况下楔形障碍物衍射衰减规律，并结合90°楔形障碍物现实应用，模拟楔形建筑物下声音传播衰减。得出了楔形障碍物插入损失与楔形角度和声波频率的关系，结果与Maekawa实测值比较并进行精度分析。针对现实场景下楔形建筑物的遮挡，应用空间剖分和声线束追踪生成声音路径，模拟楔形建筑物区域的声音衰减。结果显示声音衰减随楔形角度减小和频率增加而增大，几何绕射理论可应用于大区域建筑物群声传播衰减计算中。     

混凝土防爆墙对爆炸冲击波传播的影响

运用试验与数值模拟相结合的方法,对爆炸冲击波作用于防爆墙的荷载与冲击波绕过防爆墙的规律进行研究。采用压力传感器技术获得了防爆墙前后不同距离的压力时程曲线。基于ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,对空气冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了爆源附近有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,分析了空气冲击波的绕流规律。数值模拟与试验结果基本相符,反映了爆炸波绕过防爆墙的详细过程。通过对数值模拟和试验结果的分析,得到了爆炸波绕流的内在机理,为防爆墙的设计提供依据和参考。     

建筑物风荷载测量技术与动态响应的研究

风荷载是建筑物的主要侧向控制荷载,测量风荷载及预测建筑物风响应是工程需要.利用高频天平能够测量建筑物静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应,这是一种有待广泛推广的新技术.作为技术研究,在1.4m×1.4m风洞中利用一台五分量高频天平获得了两个模型在不同流动状态大气边界层中的广义力谱,计算了相应高层建筑的动态响应,并与国际ESDU风工程计算作了比较,对试验结果的可靠性进行了分析.     

基于重叠网格的三维车桥系统气动特性研究

该文基于重叠网格方法,建立了移动列车的数值模型,研究了横风作用下三维车桥系统的绕流气动特性。通过与相关试验和文献对比,验证了重叠网格方法可以较好地模拟列车的运动;然后对横风作用下车桥系统的绕流流场进行分析,讨论了考虑列车运动后车桥气动力的变化。研究结果表明：由于列车风与横风的叠加以及车桥之间的气动干扰,使车桥系统横风绕流流场发生明显的改变;列车运动对前方空气的压缩作用使头车所受气动力最大,同时桥梁气动力也会发生突变。     

圆柱绕流中的湍流数值模拟方法

本文对圆柱绕流问题进行了简要介绍,并对圆柱绕流问题所采用的湍流数值模拟方法进行了分析和总结。