钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

基于聚光集热和脉动风压的定日镜群模拟研究

太阳辐射量和风荷载会直接影响光热电站的持续发电量。文章根据新疆哈密地区中电淖毛湖光热电站的实际环境情况,建立定日镜群的三维数值模型,对不同季节太阳辐射和迎风仰角下镜群的受热情况及流场特性开展数值模拟,分析获得风在不同入射角下镜面耀斑分布情况和脉动风压系数。结果表明:模拟所得镜群阻力系数和升力系数与相关研究结果较为吻合,验证了所建模型的有效性;不同季节下耀斑的分布规律较为相似,主要取决于太阳方向角的变化;随着风入射角的增大,镜群的尾流区域呈先减小后增大趋势;由于定日镜镜群中的尾流可有效抑制风压,结合镜群的排布方式保证内部的稳定性,其中,正五边形定日镜的中心处保持较低的脉动风压,极大提高了镜面受力均衡性。

半球形储煤场屋盖风压分布风洞试验研究

半球形储煤场结构跨度大且覆盖面积广,对风荷载的作用十分敏感,在结构设计中风荷载往往起到控制作用。通过风洞试验研究了半球形储煤场屋盖的风压分布情况,得到了结构在24个风向角下的平均风压系数等值线、脉动风压系数等值线及相应的屋盖分区体型系数。结果表明:在风荷载作用下,半球形储煤场结构屋盖迎风面的平均风压系数分布垂直于来流方向呈等压条带状;迎风面下部的扇形区域主要受风压力,最大值出现在半球形屋盖迎风面最下部边缘;半球形屋盖中上部、两侧及背风区域主要受风吸力作用,最大值出现在受通风口开口影响的檐口区域附近;当转运塔处在屋盖顺风向两侧区域时,转运塔附近的屋盖区域负压力会出现较大值,平均风压系数为-1.40;屋盖顶部通风口区域由于高度最高,各风向角下吸力均为最大,60°风向角下局部分区体型系数达到-2.15,更容易受到破坏。针对试验结果,对半球形储煤场屋盖提出了设计建议。

基于CFD数值模拟的古建筑群风场特性研究——以北京故宫建筑群为例

为研究我国古建筑群风场特性评估方法,基于计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD),以北京故宫建筑群为例,通过对不同风向角工况下的故宫建筑群进行CFD数值模拟,获得全域流场信息,包括故宫中轴线主要建筑的表面风压分布情况、以及故宫建筑群环境风速分布情况.研究揭示了故宫建筑群内不同风向角下主要建筑表面的风压分布规律、中轴线建筑的不利风向角,并基于风环境评估理论对故宫建筑群内的行人风环境舒适性和安全性进行评估.研究结果表明:风压分布大致呈东西和南北对称分布形态;迎风面受较大正风压,侧风和背风面受较大负风压,负风压主要集中在靠近屋脊和墙面转角等气流分离区;主要建筑表面的正风压系数最值达1.0,负风压系数最值达2.2;六座大殿所受竖直方向的升力系数极值接近8,是水平方向的2倍;在水平和竖直方向上风压合力在斜风向下较大,其中在120°时的三向风压合力均达到极值;环境最大风速比在3~6之间,斜风向的最大风速比较大;垂直风向下,风速放大效应较弱,其中正南和正北风放大效应最弱,北京地区的主导风向是故宫建筑群的最优风向.研究成果可以为故宫建筑群的结构抗风保护以及行人防风措施提供科学依据和指导.

悬挑体育场罩棚风荷载数值模拟

使用Realizable k-ε湍流模型对悬挑体育场罩棚表面风荷载特性进行CFD数值模拟研究,详细考察体育场罩棚表面风向角对净风压系数、体型系数和平均风压系数分布影响规律,为此结构表面风荷载设计取值提供依据。计算结果表明:体育场罩棚上表面主要是受到风吸力作用,在罩棚前檐和两个角部区域风压系数浮动较大,比如在180°风向角罩棚两个角部区域风压系数为-0.5~-3.5。由于结构造型需要,罩棚顶部凸出的肋对风荷载的影响大,其产生原因为在顶部凸起肋后形成小漩涡,风压系数变化剧烈,90°风向时,来流迎风面第一个肋后面风压系数为-1.5~1.1。由于来流在罩棚后檐出现分离,在180°风向罩棚结构上下表面出现“上吸下压”现象,罩棚受到向上升力。

基于超级计算的大规模跟踪式光伏发电阵列风压分布研究

首先对与跟踪式光伏组件结构相似的单个定日镜进行风洞测压试验和CFD数值模拟,然后将两种方法获得的结果进行对比,验证了该文所采用的CFD数值方法的可靠性。其次建立3种不同长宽比的跟踪式单体光伏组件模型,研究单体光伏组件在0°风向角下长宽比对其平均风压分布的影响。最后建立大规模太阳能跟踪器光伏阵列模型,对5种具有代表性意义的工况(来流风向角:0°、45°、90°、135°、180°)进行模拟研究,得到B类地貌风场条件下光伏组件群代表位置处光伏组件的平均风压系数分布规律。研究结果表明:来流风向角不同,光伏组件群中不同位置的光伏组件风压分布有所区别;45°和135°斜风向角下光伏组件所受平均风压最大,即45°和135°为最不利风向角;光伏组件群四周位置为组件群最不利受力位置。

高层建筑测压风洞试验校准与不确定性的量化

高层建筑风洞试验可靠性常基于多家机构的CAARC标准高层建筑风洞试验结果进行对比检验,然而其风洞试验结果的不确定性难以量化。本研究对D类地貌下缩尺比为1∶400的CAARC标准高层建筑进行刚性模型测压风洞试验,首先研究了风洞试验参考位置对试验结果的影响,结果表明测压试验的参考位置宜选择受湍流影响较小的模型上方风洞顶部;其次,研究了采样次数对平均和极值风压系数的影响规律,为获得较稳定的极值风压系数,建议最小试验采样次数15次;最后,利用试验结果与国内外多家研究机构的结果进行对比分析,验证了本研究风洞试验的可靠性,量化了试验结果的不确定性,结果表明本研究高层建筑风洞试验的风压系数建模不确定性偏差为0.98,变异系数为0.14。

蘑菇形悬挑屋盖风洞试验研究

以海口“雨林之心”项目为背景,针对其蘑菇形悬挑屋盖,采用1∶40大比例尺刚性模型,开展了大型风洞试验,得到其平均风压系数和脉动风压系数,并以此分析了该结构屋盖的风压分布规律以及脉动风特性;进而给出屋盖的分块体型系数,可直接用于屋盖结构抗风设计;最后就地形对风荷载的影响进行分析。试验结果表明:该蘑菇形悬挑屋盖在风荷载作用下整体受到向上的风吸作用;3个建筑间存在较强的相互影响作用;屋盖悬挑边缘位置在来流的直接撞击下,对风荷载较为敏感,呈现为较大的风压变化梯度和较大的脉动风压;A、C建筑处于迎风侧时,由于山坡对流场的影响,悬挑迎风侧的风荷载相较B建筑更不利。针对以上问题,在设计时应重点关注。

复杂体型大跨度体育馆风荷载数值模拟

采用RNG k-ε湍流物理模型对某复杂体型体育馆的风荷载进行CFD数值模拟。考察0°、45°、90°3种风向对体育馆屋盖表面平均风压系数和体型系数的影响规律,为该结构设计风荷载取值提供参考。结果表明:该复杂体型大跨度体育馆屋盖主要受风压力作用,气泡结构间狭缝区域平均风压系数值较大,0°风向下平均风压系数最大值为1.96。不同风向角下测点平均风压随位置变化差异明显,0°和90°风向下测点平均风压系数最大值差值为1.12。靠近来流方向气泡结构间狭缝对屋盖区域风压有放大效应,体型较大的气泡结构对气流的阻碍效果明显。气泡结构在0°和45°风向下体型系数最小值差值为0.75,体育馆屋盖体型系数受风向变化影响明显。

高湍流度对翼型气动性能影响的试验研究

为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响,以大型风力机翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验法,系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响,获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明:湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变,最大升力系数先升高后降低,在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高;随着湍流度的增大,发生了明显的失速延迟现象,失速攻角持续后移,且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。

典型空间张拉膜结构风荷载特性研究

膜结构作为典型的风敏感体系,其风致动力作用不容忽视。本文对空间张拉膜结构的基本体型单元双曲抛物面单元和类锥型悬链面单元进行找形分析,并结合鞍形膜结构的找形结果,对其进行CFD数值风洞模拟研究,详细对比分析了不同参数下结构的平均风压系数及流场特征。结果表明对大跨索膜结构来说,其竖向升力是重要荷载。

体育场挑篷的风荷载试验研究

介绍了某体育场挑篷模型风洞试验的概况和主要试验结果,详尽分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了分块体型系数的特性和脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法.结果表明,正迎风时,挑篷前缘的脉动风压系数较大,而按规范方法得到的围护结构设计风荷载偏小.

大面积屋顶上下表面脉动风压的相关性分析

通过对武汉体育场屋顶风洞试验上下表面同步测压数据的分析 ,研究了屋顶上下表面脉动风压的相关性及其和屋顶脉动风荷载之间的关系 ,并通过分析有关文献建议的脉动风压计算方法可能产生的误差 ,初步讨论了体育场大面积屋顶结构在抗风实验研究中上下表面非同步测压技术的可行性和可靠性 。

单体1:1:6方形截面建筑绕流的大涡模拟

基于Fluent 6软件平台,采用大涡模拟(LES)方法对一宽高比为1:1:6的高层建筑缩尺模型表面的平均和脉动风压进行了数值模拟,并与相应风洞试验结果进行了比较和分析,然后,研究了不同来流湍流度对结构表面风压分布的影响。结果表明:(1)对于类似研究的0°风向角下的方形截面建筑来说,结构迎风面风压直接受来流湍流的影响;侧面由于存在流动分离,其风压主要受分离产生的特征湍流的影响,受来流湍流度的影响较小;而背风面处于复杂的尾流区,其表面风压受到的影响因素比较复杂。(2)在风压系数的统计特性和自谱上,LES结果与风洞试验结果均能够基本保持一致,LES方法能够较准确预测结构表面的平均和脉动风压分布。

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——非高斯特性研究

为了系统研究大型双曲冷却塔表面脉动风压分布特性,进行单个冷却塔刚体模型风洞动态同步测压试验,对冷却塔表面脉动风压的非高斯统计特性进行了系统的研究。根据测点风压时程及其概率密度分布曲线,对具有非高斯分布特性的局部区域作出判断,从风压信号的时空间相关性入手,结合中心极限定理讨论了局部区域呈现非高斯特性的原因;并基于测点风压信号概率密度曲线的斜度及峰态值对典型断面的测点风压进行非高斯特性描述,给出了划分非高斯区域的标准,并由测点环向相关性对冷却塔壳体表面进行了分区,初步探讨了不同区域的脉动风压形成机理,加深了对冷却塔结构表面风压分布特性的认识,为进一步探讨冷却塔结构表面风压极值奠定了理论基础。

北京A380机库风洞试验及风振响应分析

北京A380机库的抗风设计是结构设计中一项重要内容。通过对该机库风洞试验结果的分析,得到在不同工况、不同风向角下机库屋盖上、下表面和墙体内、外表面的风压分布特点,以及低矮女儿墙对超大跨度平屋面风压分布的影响。A380机库结构跨度大,一边有大开口,其屋盖结构竖向刚度弱,对风振比较敏感。采用时域法分析A380机库屋盖结构的风振响应,研究其在脉动风作用下的响应特性和风振系数分布规律。结果表明,不同风向角下的风振系数平均值接近,在1.5～2.0之间,可以采用同一风振系数计算A380机库的等效风荷载。研究成果为A380机库的抗风设计提供依据,为后续大跨度机库抗风设计提供参考。

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数,为该工程的结构抗风设计提供荷载依据,探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性.方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6.1软件平台,采用雷诺应力湍流模型(RSM)对屋面的平均风压进行了数值模拟.结果通过风洞试验,得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数,并分析了屋面的风压分布特性,得出了最不利风向角和分区体型系数.通过CFD数值模拟研究,探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响,并将计算结果与风洞试验数据进行对比,两者吻合较好.结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径,可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载.将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路.

大跨度屋盖表面风压系数的试验研究

以两个大跨度屋盖结构为例 ,通过风洞模拟试验说明大跨度屋盖表面风压的复杂性 .

超大型冷却塔单塔外表面风荷载三维效应及其设计取值

风荷载是冷却塔设计的控制性荷载,规范中将沿高度、环向变化的平均风压系数分布曲线C p(z,θ)简化为沿高度不变的分布曲线C p(θ),该简化可能会对某核电站200 m高超大型冷却塔的设计产生不利影响。首先,基于刚性模型测压风洞试验获得了该超大型冷却塔单塔的平均风压系数三维曲线C p(z,θ),对外表面风荷载三维效应进行了分析;然后,采用有限元方法对三维曲线C p(z,θ)与简化曲线C p(θ)产生的风致响应进行比较,并对结果产生原因进行了分析。结果表明:外表面风荷载三维效应显著,两端的阻力系数显著大于中段;尽管简化曲线C p(θ)低估了结构的风荷载,但由于冷却塔风致响应与荷载分布形式更为密切相关,其产生的风致响应与三维曲线C p(z,θ)基本相当,该简化可满足该冷却塔的设计要求。

大型双曲冷却塔平均风荷载的数值模拟研究

对双曲冷却塔的平均风荷载进行CFD数值模拟,获得冷却塔内外表面的三维流场特性和各高度截面的平均风压系数分布曲线,并与以往文献的实测数据和风洞试验结果进行比较,以验证数值模拟的准确性。根据内外表面的风速矢量图,描述冷却塔内外流体的流动特征,发现旋涡的存在使风压分布趋于均匀的规律。并分析塔底的边缘效应及其对冷却塔内外表面风压的影响。讨论现行设计规范在外压的三维效应和内外压的共同作用等方面的不完善之处,给出部分改进建议和冷却塔外表面、内表面和内外表面压差的风压系数等压图,以供设计参考。