下击暴流风场的大气边界层风洞模拟研究

使用可调导流板、挡板和粗糙元,在大气边界层风洞内实现了对1∶300和1∶600两种流场比例下击暴流风场的模拟,并与经典的理论剖面进行对比,对模型区域范围内风场的水平和竖向风速分布进行了较为详细的考察,在此基础上研究了一大跨度圆柱形屋盖在所模拟的下击暴流风场的风压系数分布特征,并与GB 50009-2001的B类地貌风场的结果进行比较。结果显示,所模拟的两种比例的下击暴流水平风剖面与理论值吻合较好,模拟出的下击暴流的竖向风剖面在一定高度范围内与水平风剖面有着相似的分布规律,且在模型区域具有较好的稳定性。圆柱形屋盖模型的试验结果表明,该屋盖在下击暴流风场测得的平均风压系数分布和B类地貌风场的结果非常接近,但极值风压系数小于B类地貌风场的试验结果。     

风暴移动对下击暴流风场特性的影响研究

气象观测表明,下击暴流的风暴中心是移动的,风暴的移动会对风场特征产生重要影响。为研究风暴移动对下击暴流风场特性的影响,基于计算流体动力学方法建立考虑移动效应的下击暴流数值模型,并通过可移动喷口的冲击射流试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明：移动下击暴流风场在风暴中心前缘存在较大环涡,形成弓形分布的极值风速区域,最大水平风速出现在距离风暴中心r=1.0Djet（Djet为喷口直径）左右,极值风速可达1.5Vjet（Vjet为射流速度）;风暴后方水平风速被减弱,最大风速出现在r=1.5Djet附近,极值风速约为0.8Vjet。近地面竖向风速随高度的增大而增大,受风暴移动的影响,在风暴中心区域,竖向风速向风暴移动方向一侧倾斜;在风暴中心区域以外,竖向风速主要由环涡引起,较大竖向风速主要分布于风暴中心后方以及风暴中心前方1.0Djet~2.0Djet的区域。风暴的移动导致风场中测点风速和风向随时间变化显著。     

山体坡度对下击暴流风剖面的影响研究

在大气边界层内,地形特征对风速的大小、方向和分布有着重要的影响。为了更好地探究地形特征对于下击暴流风剖面特性的影响,本文选择了坡度为30°、45°、60°的三种余弦山体地形进行数值模拟,进而得到风速分布图以及不同位置的风剖面情况。模拟结果分析表明:下击暴流在从山脚到山顶的过程中都会形成明显的加速效应,并在山顶附速度达到最大值。从迎风面来看,不同坡度的最大速度值比较接近,坡度小的会略大于坡度大的。     

山地下击暴流风场的数值模拟

下击暴流的区域分布特征表明山地发生下击暴流的可能性较平原更大,为了研究在山地地形影响下的下击暴流的风场特性,采用冲击射流风场模型对1∶3 000缩尺比的三维余弦山体进行下击暴流风场的数值仿真。并将数值模拟的结果与同工况下的物理试验数据进行对比。研究结果表明:RNGk-ε湍流模型更加适合用于研究山地地形影响下的下击暴流的风场特性。     

下击暴流移动增大效应及带协同流壁面射流模拟方法

目前对移动型下击暴流的研究主要基于冲击射流模型,但研究中通常考虑的平移速度较低且缩尺比较小.为此,通过风洞试验与数值模拟方法,研究移动冲击射流风场中平移速度对出流段平均风场的影响,得到了平移速度对下击暴流出流段最大风速增大效应的经验表达式.同时考虑到采用壁面射流方法能够得到较大尺度的下击暴流出流段风场,但并未考虑下击暴...     

输电塔线体系下击暴流风致倒塌研究

为探索下击暴流作用下输电塔-线体系连续倒塌的性能,文中采用容量需求比（DCR）为构件破坏准则的输电塔-线体系连续倒塌动力仿真分析方法。模拟了下击暴流风场,并运用LS-DYNA对非稳态下击暴流下的输电线路连续倒塌进行数值模拟,对输电塔的倒塌过程、杆件失效路径、DCR等指标开展分析。结果表明塔脚辅助材、交叉斜材和塔腿主材依次破坏,并导致输电塔倒塌,方法可以有效模拟塔-线体系的连续倒塌过程,揭示输电塔的倒塌机理及薄弱部位,为输电塔-线体系抗倒塌设计提供理论支撑。     

下击暴流风特性及其对高耸桅杆动力作用的实测分析

为了研究下击暴流的风场特性及其对高耸结构的动力作用,依据高度356 m的深圳气象观测梯度塔获取了下击暴流风记录及其加速度响应。分析了雷暴风的平均风速、湍流度及脉动风功率谱特性,并进一步研究了下击暴流作用下梯度塔的动力响应特征。分析结果表明：下击暴流风速剖面形态具有时变性,且不同时刻的风速剖面与目前常用的经验剖面均有一定的差异;雷暴过程湍流强度随高度变化规律性不显著,其脉动风功率谱与von Karman谱和Solari谱较为吻合;下击暴流作用下梯度塔的最大风振响应出现在雷暴过程的上升段而非最大风速时刻,其响应和顺风向风振系数均随高度增加而增大;风振过程中梯度塔多模态参与特征明显,且纤绳振动的影响不可忽略。     

基于能量法的下击暴流作用下输电塔线体系失效 倒塌研究

对下击暴流作用下的输电塔线体系进行了基于能量法的失效倒塌分析。采用ABAQUS软件建立了 “一塔两线” 的输电塔体系有限元模型; 基于改进的OBV模型的时变平均风速模拟方法,推导并得到了输电塔及导线各节点的下击暴流风速时程曲线; 采用基于特征能量的动力稳定性判别方法对塔线体系在3个不同风速的下击暴流动力工况时的响应进行分析,确定了下击暴流作用下输电塔失效的时刻,探讨了大跨越输电塔线体系的失效倒塌机制。结果表明:采用能量法对结构体系进行分析时,最后一次特征能量超过输入能量的时刻即为结构的失效时刻; 基于能量法对下击暴流作用下的输电塔线体系进行分析,可以快速准确地判断输电塔线体系整体失稳倒塌的时刻,具有较强的工程实用价值; 在倒塌时刻,主材失稳引发的薄弱区域杆件部分失效会导致输电塔的整体失稳,最终使结构失效倒塌。     

基于流体力学理论的风场数值模拟

利用流体力学理论对自然风进行描述,对风场进行数值模拟.运用基于特征线理论的分离变量算法(Char-acteristic-Based Split,CBS)求解流体域,推导了CBS算法的有限元方程.并利用自主开发的AADS中的流体计算模块对稳态风场进行数值模拟,给出了建筑物表面的风压分布规律,为进一步研究提供基础.     

基于CFD的有害气体泄漏扩散的数值模拟

在实验室建立系统模型的基础上，利用计算流体力学（CDF）软件Fluent对有害气体泄漏扩散过程进行了数值模拟，整个模拟计算过程的稳定性和收敛性均较好。研究结果表明：出口处的平均速度在迭代116次后达到稳定，迭代过程中的残差收敛标准为1e-5；流场中的速度分布较为明显，不同的颜色代表了不同的速度等高线，且流场中的最大速度为1．561256m／s，最小速度为0．021359m／s；获得模拟计算的最关键技术参数CO2浓度的空间分布，并与试验中的实测数据进行了对比，简单分析了产生误差的原因。研究对泄漏事故扩散趋势做出准确的预测，建立有针对性的应急救援预案，实施有效的现场控制，具有一定的科学参考价值。     

Numerical study on wind pressure characteristics of Chinese yurt building under downburst wind

Inner Mongolia is a high-frequency thunderstorm region in China, and the downburst caused by the thunderstorm weather is a severe threat to buildings. In order to study the influence of downburst on the wind pressure characteristics of the yurt building, the wind field model of the yurt building under downburst is established based on the computational fluid dynamics method, and the effect of the wall treatment method and turbulence model on the numerical simulation of wind pressure of the yurt building under downburst is analyzed. The results demonstrate that the maximum positive pressure at the windward side of the yurt building occurs at 3/4 of the yurt building height under downburst, and the maximum negative pressure at the roof of the yurt building appears at the center of the roof. Compared with the experimental results, the Shear Stress Transport (SST) k-ω model is suitable for simulating both sides of the yurt building, while the Reynolds Stress equation Model (RSM) is suitable for simulating the windward side, roof, and leeward of the yurt building. The enhanced wall treatment is appropriate for simulating the remaining sides of the yurt building while the standard wall function is appropriate for simulating both sides of the building.     

日光温室稳态温度场的数值模拟

根据质量、动量和能量守恒定律,利用对太原地区某自然通风日光温室温度场连续测试得到的相应数据,建立了该类自然通风日光温室的数学模型,应用新建数值模型,对自然通风日光温室内温度场的分布情况进行了稳态的模拟,结果表明：在稳态条件下,模拟值与现场测试数据有较高的吻合度,此模型可用于该类自然通风日光温室温度场的预测。     

奥运网球中心赛场风荷载和风环境数值模拟分析

奥林匹克公园网球中心10000座中心赛场体型为花瓣型,12个结构单元(花瓣)间有较大开洞。开洞体型对风荷载非常敏感,迎风看台锥面的导风作用以及大开洞的穿透性,使得网球中心赛场的看台、罩棚的风压分布以及场内风环境明显不同于常规体育场。采用计算流体力学方法对该结构进行了风荷载和风环境的数值模拟分析,计算所得的风压系数与风洞试验吻合较好。同时,比较了封闭式看台和开洞型看台的风场特性,讨论了罩棚仰角对风场的影响,对赛场内的风速比、流场特性等可能影响网球比赛的因素进行了模拟和评价。     

六塔楼群体高层建筑风场数值模拟

采用数值模拟方法对杭州市市民中心这一六塔楼群体高层建筑的风场进行了计算分析,获得了该建筑与典型规则钝体建筑所不同的风场分布特征.同时,给出了设计时可用的整体阻力系数值.     

多层建筑火灾烟气运动的数值模拟

阐述了烟气运动的数学模型．应用CFD技术对多层建筑火灾产生的烟气运动进行了模拟，分析了烟气的运动状况，初步论述了CFD技术的优缺点。     

北京当代MOMA风载及风环境数值模拟研究

根据计算流体动力学(CFD)的基本原理,基于计算流体力学软件Fluent平台,对当代MOMA工程的建筑群进行数值风洞模拟.获得12个不同风向下建筑物表面风压分布参数和建筑群区域不同高度的风环境参数.结果表明,建筑群的互相干扰既会影响建筑物表面的风压分布,又对不同区域的风向和风速有重要影响.来流上游建筑物的阻挡,会造成下游建筑物迎风表面压力值的减少,局部的风速加剧又会加大周围建筑物表面压力值;在产生流动分离和涡脱落的区域风速较高,而背风区域的风向与来流风向有较大差异.数值模拟获得的结果为建筑群的优化设计提供了重要参考.     

雷暴冲击风作用下高层建筑风压幅值特性研究

采用冲击射流装置模拟雷暴冲击风,对4个不同深宽比的高层建筑模型进行测压试验,分析了各模型8个不同径向位置处的风压幅值特性,并与大气边界层风作用下的建筑表面风压系数进行了对比。结果表明：雷暴冲击风作用下,建筑迎风面为正压,侧面和背风面均为负压;迎风面平均和脉动风压受模型深宽比影响较小,侧面和背风面受深宽比影响较大;随着径向距离的增加,迎风面平均风压系数逐渐减小,脉动风压系数先增大后减小,侧面平均风压系数绝对值以及脉动风压系数先增大后减小,背风面平均和脉动风压系数变化较为平缓;各模型迎风面风压系数沿高度呈“鼻子”状分布,最大风压出现在0.25H(H为模型高度);与大气边界层风作用下建筑表面风压幅值相比,雷暴冲击风作用下高层建筑模型的迎风面中下部区域以及侧面前缘部位风压系数较大,考虑雷暴冲击风作用的高层建筑设计时,应对这些区域的风荷载取值进行适当放大。