门式变断面桥塔气动力系数及涡振性能研究

为研究门式变断面桥塔风致静动力性能,采用CFD数值模拟方法对塔柱典型断面进行定常及非定常分析,考查了断面静力气动力系数及涡振参数,对桥塔涡振性能进行了初步评判;通过气弹模型风洞试验,测试了塔柱自振特性,考查了不同风速下均匀流及紊流场中桥塔涡振起振风速及塔顶水平向位移响应,并与数值分析结果进行了对比。研究表明,风洞试验与CFD结果吻合,采用数值分析方法对桥塔顺桥向涡振性能进行预测具有足够精度;横桥向来流作用下,塔柱可能发生顺桥向涡振。     

风雪流滞空颗粒受力及运动行为的数值模拟

为研究稀疏风雪流系统下滞空颗粒在介质中的变加速运动行为及非线性气动特性,以运动学微分方程为基础,建立了微观层面下不同粒径、密度颗粒的三维动网格计算模型。采用时间-空间离散的数值积分方法,求解了小时空尺度下,单个雪颗粒在静止空气及梯度风场中的自由沉降与强迫运动问题。通过对比不同颗粒参数及流场环境的模拟结果发现:颗粒自由沉降所能达到的终端线速度及对应稳定时间均随平均粒径及密度的增大而增大,粒径确定的情况下,相同时间内大密度颗粒沉降距离相对更远,自由沉降初期的非线性变速运动行为可近似考虑为小时空尺度问题;剪切流条件下,较小的风速梯度可能引起颗粒在来流及自重方向运动速度的波动,所受气动外力的改变总是滞后于运动速度的变化,强风环境下颗粒将具有更好的流场跟随性,其非线性变速阶段仍可视为小时空尺度问题。滞空雪颗粒在流场中的运动行为基本满足多相流理论的局部短时空尺度均衡假定。     

风雪绕流数值模拟的积雪预测模型研究

为研究钝体风雪绕流效应下的地表积雪现象,根据壁面剪切机制及空间混合理论共同确立了积雪预测模型,采用欧拉框架单流体方法对1 m高度立方体模型周边的风雪两相流动情况及空间雪相浓度进行了求解。通过对比不同积雪模型下沉积预测指标在绕流区域的分布情况,及以此得到的积雪预测形态与实测结果的差异发现:该文采用的积雪模型不完全依赖于当地摩阻风速与临界起动风速的相对关系,一定程度上避免了模型参数的取值局限,对沉积现象的反映更为直观;由于综合了两套理论并引入沉积量估计的双重动态指标,该文对于雪面侵蚀及沉积区域的界定划分较为清晰,对积雪形态的预测包括雪面极值位置的捕捉、坡面起伏规律的再现,都较已有数值计算结果更为合理。模型方法可用于其他外形地物绕流下的地表积雪现象模拟。