透风率及积雪形态对防雪栅防护效果的影响

针对道路风吹雪灾害的工程防雪措施，采用数值模拟与现场实测相结合的方法，系统研究防雪栅透风率和不同阶段积雪形态对防雪栅周边流场的影响特性，分析不同阶段积雪的形成机理，得到防雪栅周边积雪的演化规律。结果表明：随着防雪栅透风率的增加，防雪栅背风侧低速区以及旋涡范围逐渐缩小，雪颗粒堆积的速度变慢，对于不同透风率的防雪栅，积雪均最先在其背风侧5 H～9 H范围内发生沉积（H为防雪栅高度），并逐渐向两侧延伸；防雪栅底部间隙使得气流在防雪栅底部被加速，雪颗粒不易沉积，有效延长了防雪栅被积雪掩埋的时间；防雪栅两侧-2.5 H～18 H范围雪颗粒均会发生沉积，随着积雪厚度的不断增加，积雪的增长速率逐渐趋缓。     

非圆截面斜拉索气动性能风洞试验研究

大跨度斜拉桥斜拉索上的风荷载对于主梁位移和内力的贡献占整个风荷载的60%~70%,斜拉索的气动力是静力和稳定性检算的基础,准确掌握斜拉索的气动力具有重要意义。通过天平测力风洞试验,在雷诺数为10×104~42×104,对直径为120mm的圆形截面斜拉索模型和3种非圆截面模型进行测力试验,得到各个工况下阻力系数随雷诺数的变化规律,分析截面变形、风向角对阻力系数的影响。结果表明：斜拉索截面变化能够增强雷诺数效应,风向角在0°~30°情况下,阻力系数随斜拉索截面变形的程度呈单调减小的趋势;风向角在40°~90°情况下,阻力系数随斜拉索截面变形的程度呈单调增大的趋势。将气动力系数和风向角度按照亚临界、临界和超临界雷诺数区域进行分区,得到各个区域内阻力系数的数值和拟合公式,通过拟合公式,可以方便地为类似截面结构的风荷载设计提供依据。     

防雪栅与路基间距对路基积雪分布影响规律的数值模拟研究

防雪栅是目前道路风吹雪灾害地区主要的防护设施,该研究结合数值模拟和现场实测方法,研究防雪栅与路基的布置间距对路基周围积雪分布的影响规律,进而分析积雪堆积机理。结果表明:数值模拟结果与现场实测结果有很好的对应关系,验证了结果的正确性;随着路堤与防雪栅间距的增大,路堤两个坡脚处的风速减小区范围均呈先增大后减小的趋势。路堤表面各部分的剪切速度均呈先增大后减小又增大的趋势,透风率为60%的防雪栅与路堤的最不利组合间距为16.67倍的防雪栅高度;随着路堑与防雪栅间距的增大,路堑内部积雪不易消除,因此防雪栅对路堑的挡雪效果不佳;运用剪切速度能够清晰地判断路基表面的积雪堆积与侵蚀,建议在风吹雪灾害频发地区修建铁路前可先采用该方法对工程表面的积雪堆积与侵蚀进行预判断,可合理确定工程中防雪栅布置的位置。     

边坡坡度对路堤风吹雪影响研究

路堤边坡坡度是影响风吹雪区域路堤积雪的重要因素,利用现场模型试验以及流场数值模拟的方法,研究边坡坡度对路堤积雪影响规律,分析积雪形成机理。结果表明:路堤周围积雪范围与流场风速减弱区域存在较好的对应关系,但并非定量对应,用流场中风速减弱区域简单地定量判断积雪范围的方法误差较大;迎风边坡坡度的改变对路堤周围积雪分布影响较大,较缓的迎风边坡坡度将有效地减小路堤周围积雪量和积雪范围,路面更不易形成积雪,可以减小风雪流对路堤工程的危害;背风边坡坡度的改变对路堤周围积雪影响较小,路堤设计时可作为次要因素考虑;根据试验和模拟结果得出路面不易积雪的临界边坡坡度在40°和45°之间,保守起见,建议工程应用中取40°为路面不易积雪的临界边坡坡度。     

高耸异型烟囱结构风压和风振系数试验研究

超高烟囱由于场地基本风速高、长细比大、刚度小和阻尼低,风荷载及风致振动问题非常突出。通过刚性模型测压风洞试验,对超高烟囱的风压分布开展了研究和分析,分析了高度和外界干扰对烟囱外表面风压分布的影响规律,探讨了在局部开孔情况下,风向角对内压分布的影响。研究结果表明：在无干扰状态下,仅有分离点附近风压随高度变化显著,且呈现随高度增加,风压先逐渐增大,然后保持不变的规律;在有干扰状态下,当风向角为0°时,干扰建筑只对自身高度范围内的烟囱风压产生显著影响,且高度越低,体型系数沿环向分布越均匀,数值越靠近0,高度越高,越接近圆柱绕流的风压分布;当存在局部开孔时,内压随高度变化很小,但随风向角变化显著,从0°~90°,内压逐渐减小,但内压绝对值逐渐增大,最小值甚至可以达到−0.8。     

斜拉桥拉索风-雨致振动特性风洞试验研究

明确斜拉索的气动特性对于保证桥梁的安全性和经济性具有重要意义,服役期的斜拉索在各种作用下,截面可能由标准圆变为非标准圆,因此,有必要对非标准圆斜拉索的风致振动特性进行研究。以长短轴之比分别为1.05、1.10、1.15的椭圆柱体模型为研究对象,利用风洞测振试验,研究非标准圆斜拉索的风致振动时频特征。结果表明：非标准圆斜拉索风致振动时程整体上可以分为两类,一类是类似于简谐运动的非常稳定的周期性运动,另一类则随时间变化不特别稳定,一段时间内振幅较小,另一时间段内振幅则较大;在绝大多数工况下,风致振动为第一类振动,振幅较大且非常稳定;模型的振动频率基本上在自振频率附近波动,当模型出现大幅振动时,振动频率开始偏离自振频率,这是因为大幅风致振动可能使得模型系统产生了气动负刚度或气动质量,进而使得振动频率降低。     

斜拉桥斜拉索表面损伤状态下风致振动特性研究

斜拉桥斜拉索在生产、运输、安装和运营过程中,可能产生划痕、裂缝等损伤,研究斜拉索在表面损伤状态下的风致振动特性,对于准确评估斜拉索在其服役期内的气动稳定性能具有重要意义。通过对光滑和表面存在凹痕的斜拉索模型进行风洞测振试验,分析了雷诺数、来流风向和凹痕尺寸等参数对斜拉索风致振动特性的影响规律,并对振动状态进行了初步判断。结果表明,表面存在凹痕的斜拉索模型的振动特征随雷诺数的整体变化趋势近似于光滑模型,但存在最不利风向,在此风向下,与光滑模型相比,表面存在凹痕的斜拉索模型的风致振动不仅在较低雷诺数发生,而且振幅较大,发生振动的雷诺数区间也较宽。此外,凹痕尺寸对斜拉索模型在试验雷诺数范围内风致振动特性的影响也非常显著,但并非简单的单调关系,而是与来流风向相关。根据模型风致振动频率与Den Hartog驰振准则,初步判断此风致振动不为涡激振动,而为驰振。     

雷诺数和湍流度综合影响下翼型气动性能试验研究

如何精确地预测风力机翼型的气动性能,是目前设计优良的风力机叶片需要解决的一个关键问题。以大型风力机专用翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验测压方法,分析了高、低雷诺数下,湍流度对翼型气动性能的影响特性。结果表明：随着来流湍流度的增大,翼型的升力系数和阻力系数均呈先增大后减小的变化趋势,当湍流度为4.6%时增加至最大,之后开始下降;当湍流度小于11%时,随着雷诺数的增加,升力系数、阻力系数均增加;当湍流度增大至11%以上后,随着雷诺数的增加,升力系数、阻力系数均减小;随着雷诺数的增加,最大升阻比先增大再减小,并且最大升阻比对应的攻角呈先前移再后移的趋势。     

波浪形圆柱的气动力特性试验研究

斜拉索的风荷载和风致振动问题突出,探索能够减阻抑振的新型斜拉索意义重大。研究表明,波浪形圆柱在Re=10~3~10~4有减阻抑振效果,而真实斜拉索的雷诺数通常在10~5量级,有必要研究波浪形圆柱在高雷诺数下的气动性能。以特定几何参数的波浪形圆柱为研究对象,通过风洞试验方法,研究了波浪形圆柱在Re=1.4×10⁵~4.0×10⁵的气动力变化规律。研究结果表明:与等截面圆柱相比,波浪形圆柱的整体阻力系数更大,当Re=1.4×10⁵~3.6×10⁵约大4%~8%,当Re=3.6×10⁵~4.0×10⁵约大47%;在临界区,波浪形圆柱的阻力系数没有出现从预临界区(TrBL0)至单分离泡区(TrBL1)转变过程中的阻力大幅下降的现象,而是随着雷诺数的增大,呈稳定不变的趋势;整体升力系数在整个试验雷诺数范围内始终约为0;展向不同位置的阻力系数、升力系数和风压分布随雷诺数的变化规律表现出差异性,这主要是由于波浪形圆柱的三维几何特性导致的。