210m高异形烟囱横风向动力响应研究

研究了横风向风荷载对高耸异形烟囱的作用模式,采用计算流体动力学(CFD)方法对烟囱进行了非定常风场数值模拟,获得了烟囱横风向气动参数。结合某电厂210m高异形烟囱初步设计方案进行了横风向风荷载作用下的动力响应分析。     

伞形膜结构风荷载分布特性的数值模拟研究

本文运用CFD技术进行了伞形膜结构刚性模型绕流风场的数值模拟,分析了其表面风荷载分布特性.数值模拟依托CFX软件平台,基于雷诺平均模拟(RANS)方法进行.文中利用CFD数值模拟技术可较方便变化各种参数、能同时提供开敞式膜结构的上、下表面风压分布等优势,分析了风向角、矢跨比对伞形膜面风荷载分布的影响,总结了其风压分布规律,并给出了相应的膜面风压系数分布图供工程设计参考.     

绵竹市体育场风荷载和风环境数值模拟分析

绵竹市体育场的屋盖结构由悬挑钢屋面和落地飘带组成,结构形式较为复杂,使得屋盖表面风荷载分布和体育场风环境明显不同于常规的体育场。文章通过计算流体力学(CFD)对该结构进行了模拟,分析了该结构在不同风向角下的风压系数分布,讨论了屋盖开缝与否对风场的影响,并对体育场行人高度处的风环境进行了模拟评估。     

基于大涡模拟的三维高层建筑结构气弹响应数值模拟

以宽高比为1∶6的方形截面高层建筑为研究对象,采用弱耦合分区交错算法,流体域采用大涡模拟方法,进行了紊流边界层风场内三维高层建筑结构多自由度模型的气弹数值模拟,计算中考虑了来流紊流,以及结构的顺、横风向响应。将结构静止时大涡模拟结果与刚性模型测压风洞试验进行比较,验证了该方法在准确预测结构风荷载方面的可行性。通过与气弹模型风洞试验结果的比较表明,本文数值分析方法可用于求解风与结构的相互作用,且具有较高的精度。进行了高折减风速下的气弹数值模拟,研究了结构顶部顺、横风向位移响应随折减风速的变化规律。结果表明：结构风振气弹响应主要为来流紊流引起的顺风向抖振和旋涡脱落引起的横风向涡激振动;折减风速较小时,结构顺、横风向位移振幅相当,且位移响应均相对较小;随着折减风速的增加,结构位移响应增大,横风向涡激振动逐渐占据主导地位,并经历了从“拍”到“涡激共振”的转化。     

严寒地区住区室外风环境数值模拟研究

该文立足于优化建筑小区规划设计的理念,利用CFD软件模拟严寒地区住区在冬、夏季主导风向下的绕流风场,得到住区内人行高度处的风场分布,然后依据相关规范对小区的风环境进行了详细的分析,提出了有助于严寒地区小区规划的措施与建议.     

指廊式航站楼风荷载特性的CFD数值计算方法定量研究

为了建立指廊式航站楼CFD数值计算方法,基于流体动力学基本原理和大气边界层理论,运用计算流体动力学软件对指廊式航站楼风荷载特性进行CFD数值计算技术的基础性研究。通过与风洞试验数据对比分析与探讨,得到CFD数值计算的网格划分技术、湍流模型选取、离散格式和求解算法等关键技术及参数,并对航站楼在风速为13m/s、24个不同风向角下的平均风压系数进行CFD数值计算方法精度评估。结果表明,CFD抗风设计数值方法可以有效地预测指廊式航站楼的风荷载,在建筑风场的定性和定量分析上具有一定的可靠度。据此,可以探究指廊式航站楼在风力作用下合理的建筑气动外形,为风荷载作用下建筑结构方案设计和结构体型优化提供设计方法和理论依据。     

温州地区近地强风特性实测研究

为研究我国沿海地区的近地强风特性,基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高),对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测,获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析,研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大,顺风向和横风向湍流度接近;顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m;实测风速谱与von Karman谱基本符合;实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。     

强台风作用下不同退台方式对超高层建筑横风向风效应的影响

在边界层风洞模拟的台风风场中,针对考虑立面旋转影响的一系列退台外形超高层建筑模型进行同步测压试验,分析了不同退台方式对建筑的横风向气动力、气动弯矩功率谱密度和风致响应的影响。结果表明:采用退台方式可使建筑侧立面由等截面方式的频率相同的整体漩涡变成若干个频率不同的局部漩涡,从而有效减少了作用在结构上的横风向气动力和风致响应,进一步采用旋转退台方式则可以更好地抑制漩涡的整体性、削减结构横风向气动力并最终降低结构的横风向风致响应;作用于结构的基底气动弯矩取决于经过模态加权处理的气动力的分布,方形截面模型对气动弯矩影响最大的气动力出现在结构高度的80%处;对于不同退台方式的模型,对气动弯矩产生主要影响的仍然是结构顶部的气动荷载,其最大影响高度位于结构高度的80%~90%范围内。与方形等截面结构相比,不同退台方式可以有效降低作用在结构上的横风向风荷载,其降幅为75.0%~79.2%;采用退台旋转方式对横风向荷载的减少量可达91%。     

矩形高层建筑结构横向风振反应的分析计算

本文根据结构随机振动理论,考虑到国外有关规范中根据风洞试验数据提出的横风向脉动风压谱与足尺观测数据有差异的现象[1],根据已经得出的横向湍流脉动风压谱密度函数[2],提出了一个湍流脉动风压作用下结构横风向风振反应的计算方法供参考。采用本文中提出的风振反应计算方法可能不至于漏失结构在非共振风速时较大的风振反应值,从而不至于低估设计基准期内最大风速下的横风向风振加速度反应值。用本文提出的方法针对一个具体的工程实例计算了风振反应值,并与采用国外规范中现行方法的计算结果作了对比。计算结果表明,在出现设计基准期内最大风速时,结构湍流脉动风压诱发的横风向风振可能大于由国外现行规范中公式计算的风振反应值。     

输电塔塔头平均风荷载的CFD模拟

为了得到典型输电塔塔头的风荷载系数,为抗风分析提供依据,采用CFD方法对其不同风向角时的平均风荷栽进行模拟,并进行对比分析.结果表明:风向角为0°时,输电塔塔头、横担等的顺风向风荷载系数CY与方形格构塔身的顺风向风荷栽系数CY基本相等;风向角为90°时,上游部分风荷载Cx明显比下游部分大,有显著的遮挡效应;当风向与线路...     

应县木塔风压分布的风洞试验与CFD模拟研究

风荷载作用下高耸古木塔的结构安全在建筑遗产保护领域备受关注.为了研究古木塔风压分布特性,开展了应县木塔的1:50刚性模型风洞试验,并进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟分析.提出复杂中式高耸古木塔的几何建模与网格尺寸划分策略,并使用雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方法对木塔的表面风压进行预测,分析木塔...     

洞口设置对高层建筑静力风荷载的影响研究

本文对涉及两种开洞率、三种不同开洞位置和全封闭(无洞口)的八个高层建筑刚性模型的表面平均风压分布进行了风洞试验研究,并与计算流体动力学(CFD)大型商业软件Fluent6.0的计算结果进行了对比分析。结果表明,开洞建筑平均风压的减少主要是受荷面积减少引起的,但其减少的比率大于开洞率。此外,借助Fluent6.0对不同开洞率情况下的建筑模型进行了大量算例分析,得到了中部开洞建筑模型的平均风压系数相对值和基底弯矩系数相对值与开洞率之间的相关方程;探讨了底部开洞建筑模型洞内平均风速的增大效应与洞口大小、来流方向之间的关系。分析表明,在最不利来流风向角情况下,洞中最大平均风速可超过建筑模型顶部的远处来流风速,应引起建筑风环境设计者的关注。     

Computational fluid dynamics and artificial neural network-based analysis and forecasting of wind effects on obliquely parallel multiple building models using categorical variable encoding

This research investigates the influence of wind on four closely spaced parallel building models using computational fluid dynamics (CFD). The buildings are positioned either perpendicular to the wind direction or at various oblique angles. The aerodynamic results obtained for these buildings in an interfering condition are compared to those of an isolated tall building using the interference and obliquity effect (IOE) factor. Graphical comparisons are made among the different models and faces, considering various obliquity angles (OAs). The inner building models exhibit higher pressure and force coefficients at higher OAs. The variation of pressure coefficients along the horizontal peripheral direction is also analyzed, and the trade-offs of higher and lower OAs are discussed for the different building models. Furthermore, an artificial neural network (ANN) is trained using surface pressure coefficients from approximately 6000 data points distributed over different facets of building models. Categorical encoding is employed using one-hot encoding-based dummy variables for different building models, while numerical variables such as OA and X, Y, and Z coordinates are included as input for the ANN. The ANN is trained using a total of 238,340 data points (considering different building models and different OA scenarios), and its parameters are monitored during training to minimize errors and achieve high predictability. Finally, a representative case is used to plot the pressure contour obtained from the trained ANN, which is shown to be highly comparable to the CFD-based contour.     

Application of computational fluid dynamics in building performance simulation for the outdoor environment: an overview

This article provides an overview of the application of computational fluid dynamics (CFD) in building performance simulation for the outdoor environment, focused on four topics: (1) pedestrian wind environment around buildings, (2) wind-driven rain on building facades, (3) convective heat transfer coefficients at exterior building surfaces and (4) air pollutant dispersion around buildings. For each topic, its background, the need for CFD, an overview of some past CFD studies, a discussion about accuracy and some perspectives for practical application are provided. This article indicates that for all four topics, CFD offers considerable advantages compared with wind tunnel modelling or (semi-)empirical formulae because it can provide detailed whole-flow field data under fully controlled conditions and without similarity constraints. The main limitations are the deficiencies of steady Reynolds-averaged Navier–Stokes modelling, the increased complexity and computational expense of large eddy simulation and the requirement of systematic and time-consuming CFD solution verification and validation studies.     

CFD方法的大跨度桥梁抖振荷载

采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)方法替代传统的桥梁节段模型风洞试验,改进了大跨度桥梁抖振力计算方法。在香港青马大桥精细有限元模型基础上,模拟周围风场对主梁桥板压力分布,计算节点抖振力,求解局部应力响应,为桥梁抖振疲劳分析和结构健康监测打下了基础。     

上进风燃气灶引射性能的实验测试及数值模拟

文章对一种纯上进风燃气灶的引射性能进行了实验研究,通过气相色谱分析的方法确定了一次空气系数随着喷嘴前压力的变化规律。实验结果表明：随着喷嘴前压力的变化,上进风燃气灶的一次空气系数由于炉头温度较高而变化较火;同时利用CFD软件对上进风燃气灶进行三维稳态流动的数值模拟,并与实验得到的气相色谱分析数据对比,来验证由数值模拟计算上进风燃气灶引射能力的可行性,另外,对模拟出来的结果的速度场、温度场的分布进行模拟分析,实验及数值模拟的结果可供新型结构燃气灶的设计参考。     

喷雾降温效果影响因素的数值模拟分析

采用计算流体力学软件(Fluent)对室外空间喷雾降温过程进行了数值模拟,在不同环境风速、喷雾压力、喷嘴流量工况下,模拟模型区域的温度场、速度场、相对湿度分布。环境风速较小时,局部区域降温幅度大,范围窄,温度梯度大;环境风速增大使液滴飘散效果更好,虽然降温幅度减小,但降温区域分布更广,温度分布更均匀。环境风速较小的地区,可以减小单个喷嘴流量,缩短喷嘴布置间距,使喷嘴作用范围内温度分布更加均匀。环境风速较大的地区,宜适当增加单个喷嘴流量并增大下游喷嘴间距,利用环境风速使液滴飘散。此外,在环境风速较大的情况下还可以适当降低喷嘴高度使人员可感知区域的温降增大。在相同环境风速下,喷雾压力对降温范围与降温幅度的影响较小,可适当降低喷雾压力,以提高喷雾系统运行的经济性。     

超高层建筑表面风荷载数值模拟研究

该文通过计算流体力学数值模拟技术对某超高层建筑进行了表面风荷载分布的数值模拟。结果表明：由于漩涡脱落,在结构侧面边缘出现了较强烈的负压区;在周边建筑干扰高度范围内,结构表面风压分布较混乱,结构在干扰高度以上部分风压分布比较规律;局部部位的设计风压应参考各风向角下风压峰值。     

四面坡顶轻钢空旷结构表面风压数值模拟

采用基于CFD的数值模拟技术和RNG k-ε湍流模型对一四面坡顶轻钢空旷结构进行了静力风荷载数值模拟,主要考虑了风向角的变化,得到了结构表面的风压分布,并进行了对比分析.该结构表面风压分布不均匀,局部风压较大;风向角对结构表面风压分布具有一定影响.最后,根据分析结果提出了该类结构表面风压的分区方法.     

台风作用下网壳结构的风振响应分析

网壳结构的大空间曲面形状特点使得其在台风作用下的风振响应比较复杂,为了克服尺寸效应的影响,得到网壳结构表面风荷载分布规律,在计算流体力学(CFD)和FLUENT技术的基础上,利用常规湍流强度、田浦湍流强度以及石沅湍流强度的计算方法,对某组合网壳结构进行了台风作用下风场的数值模拟,通过分析其表面风荷载分布特性和不同风向攻角作用下组合网壳结构的表面风荷载,确定了组合网壳结构的风压分布规律、表面风压系数分布,最后得到网壳结构的风敏感部位,可以为工程前期抗风设计提供参考。