Evolution of crescent-shaped sand dune under the influence of injected sand flux:scaling law and wind tunnel experiment

This paper studies the evolution of crescent-shaped dune under the influence of injected flux. A scaling law and a wind tunnel experiment are carried out for comparison. The experiment incorporates a novel image processing algorithm to recover the evolutionary process. The theoretical and experimental results agree well in the middle stage of dune evolution, but deviate from each other in the initial and final stages, suggesting that the crescent-shaped dune evolution is intrinsically scale-variant and that the crescent shape breaks down under unsaturated condition.

鼓形建筑的气动荷载特性及其干扰效应研究

通过多点同步测压风洞试验,系统分析了圆角率25%和50%的单个鼓形建筑表面风压、风荷载功率谱及整体力系数,并研究了两个鼓形建筑并排和串列布置时,不同间距和圆角率的两鼓形建筑的干扰效应。结果表明,鼓形建筑在降低圆角处平均风压的同时会使脉动风压峰值的位置向迎风端移动,且增大其峰值,造成圆角处较大的极值负压。鼓形建筑宽边迎风时横风向荷载Strouhal数较矩形建筑高,且随着圆角率增大而增大;窄边迎风时,鼓形建筑横风向荷载功率谱出现两个峰值,主峰值在fB/V_(h)=0.03附近,次级漩涡脱落形成的次峰值出现在fB/V_(h)=0.25。两个鼓形建筑并排布置时,鼓形建筑间的狭缝效应会大大增加两内侧的负压,尤其是对于圆角率50%的鼓形建筑。两建筑串列布置时,上游建筑的遮挡效应使下游迎风面的负压显著降低;由于受到上游建筑尾流的影响,下游建筑侧面迎风端的负压也大大低于单塔建筑。

设置结构缝的矩形高层建筑风荷载及风致响应研究

大长宽比的矩形高层建筑往往需要设置结构缝,设缝后建筑物的风压分布仍由整体建筑外形决定,但各建筑单元的风荷载及风致响应与单一建筑相比会有很大不同。为探究设缝建筑中各单元的风荷载和风振特性,本文以长宽比为3的单一建筑为参照对象,对长宽比分别为6和9、在长边分别设置1道和2道结构缝的矩形高层建筑进行了同步测压风洞试验;分析正交风向下不同建筑单元的三分力系数、功率谱和整体体型系数特性;对不同建筑单元采用同一结构参数计算其风振响应,探讨不同单元的顶层位移和加速度响应随风向角的变化特点,考察正交风向下这些响应的频谱特性。研究结果表明:不同单元的气动力系数和气动力谱差别明显,且短边迎风时的差异大于长边迎风时的差异;考虑全风向角情况,设置结构缝的建筑两侧单元整体体型系数比同等长宽比的单一建筑的小,中间单元整体体型系数与单一建筑的基本相同;两侧单元的顶层平动风振响应比单一建筑的小,扭转风振响应比单一建筑的略大,中间单元的平动和扭转响应都明显比单一建筑的小。因此,设置结构缝的矩形高层建筑不同单元的抗侧力构件应采取差异化布置。

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。

和田—若羌铁路戈壁盐碱区高立式“Z”字形沙障配置的风洞试验

[目的]探究多排“Z”字形沙障的合理配置模式,为和田—若羌铁路沿线戈壁盐碱区的风沙防护提供科学参考。[方法]在风洞中模拟当地的风沙环境,对孔隙率为40%的多排“Z”字形高立式沙障的防沙效果进行试验。[结果]多排沙障的迎风面与风向的夹角为钝角时,沙障后积沙出现分离现象;沙障的迎风面与风向的夹角为锐角时,沙障后积沙出现聚集现象。防沙效率随着风速增加都有所下降,当风速为12 m/s(7级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为74.0%和100%,当风速增加至15 m/s(9级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为72.7%,88.9%。[结论]鉴于该研究区风沙条件,建议采用三道沙障,沙障的迎风面与风向尽量呈钝角布置。

气溶胶污染物跨楼层传播特性数值研究——建筑热羽流影响

太阳辐射力和水平来流惯性力引起的壁面热羽流会对建筑表面的污染物跨楼层扩散传播产生明显影响。采用风洞实验和数值模拟,研究6层居民建筑在不同强度热羽流影响下,气溶胶污染物沿建筑立面不同楼层扩散分布特性。采用理查德森数Ri表示建筑立面热羽流的强弱。研究表明,建筑立面的热羽流对气溶胶污染物的扩散分布有明显影响。当Ri<2.28时,污染物主要向迎风面近地面聚集,导致近地面污染物浓度较高;当Ri≥2.28时,污染物向高处扩散,将引起严重的污染物跨楼层扩散传播风险。

庐山站超大体量高架站房上跨营业线钢结构整体顶推关键技术

针对天桥、连廊和高架站房组成的异形不等高钢结构体系整体跨铁路营业线施工难题,建立该结构体系的数值分析模型,对其顶推全过程进行模拟仿真分析,通过结构物关键部位的风洞试验,考虑极端温差、强风以及极端温差和强风耦合作用下,分析异形不等高结构体系整体跨营业线施工过程受力与变形情况。相应提出的施工方法能够满足异形不等高钢结构体系整体跨铁路营业线施工安全性要求。通过构建异形不等高钢结构体系整体跨越营业线施工风险监测预警系统,实现结构体系跨越营业线施工风险的定量评估和智能化预警。

典型双坡屋面风压分布特性风洞试验研究

通过表面压力测量风洞试验对低矮建筑的4种典型双坡屋面上的风压分布规律进行了研究.讨论了屋面和挑檐部分的平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性,风场湍流强度对屋面脉动风压分布的影响,以及不同挑檐类型对双坡屋面风压空间分布的影响.试验结果表明:在屋脊及屋面边缘附近的平均风压系数绝对值要比屋面内部区域大;脉动风压系数随湍流度增大而增大,一般在迎风屋檐附近比较大;挑檐形式的改变仅对局部风压系数的影响较大,对整体风压系数的影响较小.这些结论为低矮建筑风荷载规范条文的修改提供了参考.

复杂建筑物对近场扩散影响的数值与风洞模拟的比较分析

采用CFD数值模拟技术与风洞试验相结合的手段模拟了复杂建筑物群对周围流动与污染物扩散的影响。CFD技术采用k-ε(RNG)湍流模型模拟了建筑物群对流动与扩散的影响,风洞试验通过采用多种探测手段,分析建筑物群周围的流动和弥散,并将统计学方法应用于风洞试验结果,验证了CFD数值模拟结果的合理性。研究结果表明,CFD技术能较好地模拟建筑物群对污染物弥散的影响,并与风洞试验吻合,有、无建筑物B的情况下,吻合因子FAC2与FAC5均大于50%,归一化均方误差(NMSE)均小于4,部分偏差(|FB|)均小于0.3;建筑物对污染物弥散的影响非常复杂,建筑物尾流对污染物浓度分布影响较为显著,建筑物后方空腔区污染物的数值模拟结果略高于风洞试验结果。综合分析表明,风洞试验与数值模拟相结合的方法是研究这类微小尺度湍流扩散问题的有效手段。

高层开洞建筑测压风洞试验

通过几何缩尺比为1∶300的刚性模型,对高层开洞建筑进行了测压风洞试验。研究了C类地面粗糙度类别,16个来流风向条件下,两种不同开洞率和三种不同开洞位置以及二个全封闭模型的各表面风压分布特性,并绘制了风向平行于孔洞时模型外表面的风压系数等值线分布图。根据试验结果,对各种模型各个表面的平均风压系数、体型系数进行了计算。通过与数值风洞计算结果的对比及建筑荷载规范的比较,对建筑风荷载体型系数测试和取值方面的一些问题进行了初步的讨论,提出了建议,供进一步研究参考。

不同长宽比矩形截面高层建筑的风荷载研究

针对矩形截面高层建筑的整体风荷载,进行B类地貌7种长宽比建筑的测压风洞试验,分析各测点层的体型系数随风向角和高度的变化,研究整体体型系数随风向角和长宽比的变化,最后将试验结果与规范值进行比较.研究表明:垂直长边方向的体型系数最大值出现在正迎风角度;垂直短边方向的体型系数最大值出现在正迎风偏20°角度.垂直短边方向的体型系数随着长宽比的增大而减小.试验获得的整体体型系数随深宽比的变化趋势与规范一致,但数据上有偏差.当深宽比不大于1时,部分试验数据大于规范值,最大值出现在深宽比1∶2工况;当深宽比大于1时,试验数据小于规范值.

高密度建筑群及超高建筑物对风环境影响的风洞试验

利用风洞试验方法,以上海陆家嘴金融贸易区建筑群及上海中心大厦为研究对象,讨论了不同粗糙度、不同风向条件下,高密度建筑群和超高建筑物对风环境的影响。结果表明:1)地表粗糙度越小,大风区范围越大。此外,建筑群的分布、排列形式会明显改变来流走向。2)超高建筑物由于其形态上下不一致,在一定条件下,不同高度处的风矢量存在明显差异。3)参照国外建筑物风环境舒适度评估标准,对模拟区域内行人高度处的舒适度进行了评估,并给出了3个风环境较差的区域。

复杂体型高层建筑单体和双塔时的风荷载

通过风洞试验来确定复杂体型或有干扰时高层建筑的风荷载,为了使试验结果直接为结构设计软件所用,将风压沿截面进行积分求出沿柱网方向的合力,然后反算为沿柱网方向的整体体型系数.通过分析某D形高层建筑的风荷载,发现风压沿高度变化不大,整体体型系数沿高度递减;分析弧面体型的影响,发现基于矩形截面的整体体型系数取值不一定适用于复杂体型.双塔时高层建筑的风压分布更加复杂,整体体型系数的最大值比单体时大,必须考虑附近建筑物的气动干扰.

高层建筑附着升降脚手架风洞实验研究

提出了脚手架的阻力系数概念 ,并通过风洞静气动测力实验获得了高层建筑附着升降脚手架的阻力系数 .经过理论证明 ,该阻力系数与风载体型系数在理论意义上是一致的 .在风洞实验中 ,针对脚手架的挡风情况和附着建筑结构的开洞情况对缩尺模型考虑了 2 6 0种工况组合 .根据实验结果分析 ,得出量纲为 1的气动力系数 ,进而得到了脚手架的阻力系数 .文中根据脚手架的挡风情况及附着施工结构体的结构形式绘制了附着升降脚手架阻力系数建议图表 .文中还分析了影响附着升降脚手架阻力系数的诸多因素 ,并依此提出了对脚手架架体进行结构优化的建议 .

不同头部外形高速列车气动性能风洞试验研究

通过对包括CRH2在内的4种不同纵向长细比比例尺为1:8的高速列车模型进行风洞试验,分析雷诺数对车辆气动力系数的影响;比较4种高速列车模型的气动力特性;对不同流线型外形列车进行大侧偏角试验,研究高速列车在侧风作用下的安全性。研究结果表明:列车流线型头部越长,鼻形更加突出尖锐,头部流线型更加光滑,更有利于降低空气阻力;当模型列车流线型长度相差不大时,纵向长细比系数越大即车头外形越细长,对减阻越有利;4种动车组头车、中车和尾车的侧向力及升力系数均随侧滑角的增大而迅速增大;当侧滑角大于10°时,头部最大纵剖面轮廓线曲率较大的模型,横风作用下的侧向力系数比其他3种模型车的侧向力系数显著增大,升力系数较小。

建筑物对污染物扩散影响的数值与风洞模拟研究

采用k-ε(RNG)与RSM湍流模型对处于方形建筑物不同位置污染源所排放污染物的扩散规律以及建筑物对流场的影响进行模拟,并且与相应的风洞试验结果进行了比较。流场分析结果表明:数值模拟能够较好地模拟建筑物前方迎风侧停滞回流、顶部回流以及后方空腔区等。浓度场分析结果表明:建筑物前方迎风侧以及顶部回流区污染物扩散的数值模拟结果与风洞试验结果基本相等,而在建筑物后方空腔区污染物的数值模拟结果略高于风洞试验结果。综合分析并与风洞试验结果相比较,RSM模型能够较好地模拟污染物浓度场以及建筑物周围流场的变化规律。

建筑物周围流场与污染物扩散的数值与风洞模拟研究

在来流与建筑物一迎风侧之间不同角度情况下,采用k-ε(RNG)与LES两种湍流模型模拟了位于立方体建筑物顶部污染源所排放污染物的流动和扩散规律,并与相应的风洞实验结果进行了比较。流场分析结果表明,数值模拟能够较好的模拟建筑物顶部回流以及背风侧空腔区等。浓度场分析结果表明,建筑物顶部回流区的数值模拟结果与风洞实验结果基本一致,而在建筑物背风侧空腔区数值模拟结果略高于风洞实验结果。综合分析表明,LES、k-ε(RNG)模型都能够较好地模拟建筑物周围的流动和扩散规律,两种模型相比,LES模型与风洞实验吻合的更好。

复杂体型低矮房屋风荷载特性风洞试验研究

对具有复杂体型的"L"型和"T"型低层房屋风荷载特性进行了风洞试验研究.研究了屋面平均和脉动风压系数的分布规律以及体型系数,并与传统"一"型低层双坡屋面房屋的风荷载特性进行了对比分析.结果表明:30°坡角时,屋檐及屋脊附近因气流分离常形成较高负压,迎风屋面平均风压系数多呈环状分布;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;"L"型和"T"型低层房屋与传统"一"型房屋相应各面体型系数变化规律有一定的相似性,但是必须考虑各面间的相互干扰使得其风压增大的效应.

方形截面超高层建筑的横风向气动阻尼风洞试验研究

通过10个方形截面超高层建筑气动弹性模型的风洞试验,利用随机减量法从模型的风致加速度响应中识别了横风向气动阻尼比,通过与前人相关研究成果的比较,验证了识别结果的正确性。在此基础上,研究了方形截面超高层建筑横风向气动阻尼的变化规律,考察了结构阻尼比、质量密度比、广义刚度对建筑结构气动阻尼比的影响。研究结果表明:来流的折减风速、风致响应的振动幅值和质量密度比是影响建筑横风向气动阻尼比至关重要的参数;在低于涡激共振风速的低折减风速区,横风向气动阻尼比与振动幅值和质量密度比成反比,而广义刚度和结构阻尼比通过影响结构振幅和折减风速的方式间接对气动阻尼比造成影响;在高折减风速区,横风向气动阻尼比常常表现为负值,主要与风致响应的气动稳定性有关。基于这些研究数据,对B类风场下高宽比为8的方形截面超高层建筑,拟合了适用于低折减风速区的横风向气动阻尼比经验公式,供工程设计人员参考。

邻近建筑对超高层建筑风振响应的干扰效应

在同济大学TJ 2边界层风洞中进行了上海环球金融中心气动弹性模型的风洞试验,分析了距离较远且高度约为环球金融中心一半的周边建筑以及距离较近且高度与环球金融中心相当的金茂大厦对环球金融中心顶部平动和转动平均位移、均方根位移和绝对最大加速度的干扰效应.结果表明:当高层密集建筑群(不考虑金茂大厦)集中在上游或上游偏一侧时,会对平均值和均方根有一定的影响,特别是扭转响应,当高层密集建筑群集中在下游时,影响很小;当金茂大厦位于环球金融中心的上游或上游稍偏一侧时,会减小环球金融中心的平动平均位移响应,表现为挡风效应,其尾流会增大环球金融中心的平动均方根位移响应,而当遮挡效应使得平均或脉动压力在形心轴两侧分布不均时会增大转动平均或均方根位移响应.与以往研究不同的是,当金茂大厦位于环球金融中心下游或下游偏一侧时,会改变环球金融中心的漩涡脱落频率,当漩涡脱落频率和结构第一阶固有频率接近时,会在该频率振动方向产生显著的涡激共振现象.当金茂大厦位于环球金融中心一侧时会产生狭道效应(穿堂风),可能会对水平和扭转的平均和均方根位移响应产生影响,视狭道方位和压力分布状况而定.