稳态雷暴冲击风作用下典型矩形梁断面风压特性数值模拟研究

为研究稳态雷暴冲击风作用下矩形梁断面的风压特性,采用大涡模拟方法,对不同径向位置下2∶1矩形梁断面的绕流场进行数值模拟,并将数值模拟值与风洞试验值进行对比。在此基础上,对矩形梁断面的绕流场和风压分布特性进行了分析,并对矩形梁断面风压功率谱及相关性进行了研究。研究结果表明:在r=0.6D jet(发展阶段)、r=1.8 D jet(成熟阶段)和r=4.0D jet(消散阶段)三个典型工况下,矩形梁表面风压系数基本沿着中心轴对称,且矩形梁距离射流中心越远,其风压系数绝对值越小。其中,迎风面风压系数均为正值,下表面及背风面风压系数均为负值,而上表面的风压系数随不同径向距离而变化显著。在r=1.8D jet位置处,气流在下表面后端发生一定程度的再附,使下表面后端的压力有所增大;在r=4.0D jet位置处,气流在上表面前端发生分离导致前端负压进一步变大。迎风面区域的旋涡已经形成稳定结构,各测点的脉动风压能量基本保持稳定,背风面的上拐角处附近能量达到最大,而上表面和下表面的前拐角处能量较低。矩形梁断面同面测点风压系数均为正相关,且风压相关性随着测点间距的增加而减小;迎风面测点脉动风压相干性较强,相干函数值在0.9左右;而上表面和背风面测点的脉动风压分别在0.05 Hz附近以及在频率低于0.2 Hz时具有很强的相干性。在气动导纳函数方面,传统的Sears函数值在雷暴冲击风环境下将不再适用。

稳态下击暴流风场竖向空间相关性试验研究

为研究下击暴流水平风速的竖向相关性,采用冲击射流装置模拟了稳态下击暴流风场,测量了不同径向位置、竖向距离、地貌条件以及射流速度下的水平风速,重点分析了水平风速的竖向相关性和相干曲线,提出了稳态下击暴流风场的相干函数模型。结果表明,相关系数随径向距离的增加而先增大后减小,最大相关系数出现在r=1.0 D_(jet)附近,地面粗糙度和射流风速对相关系数影响较小。相干函数与测点的竖向间距密切相关,径向位置和射流风速对相干函数影响较小,地表粗糙度的增加会降低近地测点的相干性。基于试验数据,建立了稳态下击暴流竖向相干函数模型,实现了与试验风场较好的吻合。