滨海核电厂址污染物扩散数值风洞模拟研究

为评估核电厂对周围环境的影响,集成CFD-数值风洞软件,采用Autocad进行前处理建模,采用Paraview软件进行后处理分析,以研究污染物在大气中的迁移扩散过程。利用2003年于俄克拉荷马州俄克拉荷马市进行的城市联合实地研究(IOP9)的观测数据对该数值风洞软件进行评估,比较了数值风洞与IOP9现场试验污染物释放点下风向轴线污染物体积分数和风场结果。比对结果显示,风场各性能统计指标F_(AC5)=F_(AC2)=1,F_(B)=-0.23,M_(G)=0.75,E_(NMS)=0.07,S_(AA)=11.9;污染物体积分数统计指标F_(AC5)=1,模拟结果与观测数据较吻合。以某滨海核电厂为对象,研究核电厂污染物在大气中扩散对周围环境的影响。数值模拟结果显示,垂直于来流风向污染物体积分数总体呈高斯分布,受地形影响在山脊等位置处体积分数会陡然下降。将数值模拟的体积分数和风洞试验结果进行比较,结果显示在各垂直剖面监测点的吻合因子为10,各水平剖面监测点的吻合因子为3.5。数值风洞模拟结果有一定的参考价值,与现场试验和风洞试验结合可为核电厂污染物扩散模拟研究提供便利。

半开敞筒壳网架数值风洞研究

大型筒壳网架大量运用于电厂等行业的储煤料棚中,根据工艺的需要端部会进行开洞,针对该类半开敞结构的静风效应,运用FLUENT的风工程计算功能进行数值风洞分析,基于二次开发的STADS和FLUENT的接口程序,通过菜单操作和参数控制,完成模型转换和风压的自动读取及加载,优化了程序的运行速度。以上部开敞的孟加拉某干煤棚和下部开敞的印度某钢厂筒壳网架为研究对象,考虑内外风压的共同作用,给出了不同风向角的风压系数以及风速矢量图。根据风压分布规律和风压相似分区准则,给出了上、下半开敞筒壳网架不同分区的内、外风载体型系数,其计算结果可以为该类半开敞结构的抗风设计提供参考。

岸边集装箱起重机数值风洞分析

结合某岸边集装箱起重机,利用有限元计算工具,对风载荷进行计算流体动力学仿真分析,得出该桥吊的数值风洞模拟值,并与计算机辅助工程分析计算值进行对比,从而得到一种较为合理的数值模拟方法。该方法可分析大型港口设备的风载荷工程实际问题。

斑块状沙化草甸周围气流流场特性的数值风洞实验

为探讨沙化草地斑块状草甸下垫面条件下的风沙侵蚀机制,将草甸概化为多孔介质,通过附加源项改进湍流模型,以期精确表征草甸对来流的干扰作用,再基于Hesp(2019)现场试验中草甸覆盖度工况,验证Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε模型并寻优后,结合黄河上游玛曲段近地面(2m高度处)风速,开展草甸覆盖度15.75%(稀疏)、31.05%(中度)和60.15%(稠密)和起沙风速7m/s(低)、11m/s(中)和15m/s(高)下单个斑块状草甸(1m×1m)周围正向来流条件下的流场特性数值风洞实验.结果表明:草甸水平向流场总体呈现迎风侧形成半圆形低速区、背风侧形成半椭圆遮蔽区并呈辐射状向顺风向拓展、两侧局部加速的绕流特征.垂向风速总体呈现为迎风侧风速减弱、正上方骤然加速、背风侧大范围减速规律.覆盖度一定时,草甸周围平均风速随来流风速增大而逐渐增大;来流风速一定,覆盖度增大时,草甸背风侧平均风速先增大后减小.草甸周围风速分布符合正态分布,迎风侧为高狭峰,背风侧为低阔峰;迎风侧风速分布可拟合为高斯模型的变异函数,背风侧风速变异函数与来流风速和覆盖度存在密切关系.本文提出的RNG k-ε改进湍流模型可作为精确表征柔性草甸周围复杂流场的数学模型,以期为进一步模拟中、大尺度草甸风沙流场奠定理论基础.

数值风洞截面尺寸研究及在雷达中的应用

随着高性能计算机和计算流体力学(CFD)技术的飞速发展,数值风洞仿真技术应运而生。本文基于FLUENT流体力学分析软件,以常用的小型雷达天线罩三维模型为风洞试验对象,通过建立不同截面长宽尺寸的数值风洞,来分析数值风洞的截面尺寸对于整体仿真结果的影响。结果表明:数值风洞截面长宽尺寸不小于雷达天线罩截面长宽尺寸的10倍时,仿真结果较为稳定和准确,该结果可为数值风洞流场域的建立提供依据。最后以某型号雷达天线罩为例,详细分析了数值风洞技术在雷达中的应用。

基于指标体系的数值风洞软件可信度评价技术研究

高精度、高效率和高可信属性是对数值风洞的共性和基础性技术需求。在“国家数值风洞”(NNW)工程支持下,瞄准为验证和确认分系统提供技术支撑,提出重点发展基于指标体系的软件可信度评价技术。基本策略是:针对数值风洞工程研制的常规定常气动力/热软件和非定常类型(含多体分离、动态特性)软件,从软件生命周期不同用户(含软件开发者、评价第三方和工业应用部门)所关心的主要可信度问题出发,研究建立可对软件功能、基本流动模拟能力及工程应用能力进行综合评价的CFD软件可信度指标评价体系,提出具体的评价方法和评价算例,建立验证确认算例库。对基于指标体系的数值风洞软件可信度评价技术的具体实施思路及问题的复杂性进行论述,报道取得的阶段性成果,指出下一步工作重点和方向。

大跨度空间结构抗风分析的数值风洞方法

数值风洞方法可为复杂形体结构的风压分布确定和结构风振系数选取等提供非试验性的依据。基于计算流体动力学理论,以空间结构为对象,研究数值风洞技术。数值模拟了不同空间结构形体表面及其周围的风场,计算了结构风载体型系数,并与风洞模型实验成果比较,验证数值风洞计算结果的正确性。研究了因其他结构物存在引起的结构风场和结构体型系数变化,探讨了用数值风洞模拟技术鉴别风洞模型试验可能存在的误差及其原因。基于结构表面等压线划分结构受风区域,并以面积加权平均计算得到区域体型系数。还分析了结构多风向角下的结构风载体型系数。

数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究

热电厂"烟塔合一"排烟技术因其初期投资和运行维护费用少,排烟效果好、SO2落地浓度低等优势,特别是在机场附近的净空限高和对景观环境有特殊要求的地区具有广阔的发展空间。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模型——德国模式在烟塔合一排烟方式的预测上尚存在许多问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最大地面浓度等难以给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排烟方式的大气污染物扩散情况,一种新的大气污染物扩散预测模式——数值风洞模型以及物理风洞实验被用于模拟烟塔合一的环境影响,分析数值风洞模式和物理风洞实验在大气环境预测领域应用的适用性和优缺点。2个预测方法的结果表明:在烟塔合一排烟方式下,大气污染物最大落地浓度随风速增加而增加同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。对2种方法进行比较,物理风洞实验由于受到物质和气象等条件的限制,无法得到精确的预测结果以及无法直观地描述空腔区的产生和变化规律。而数值风洞模拟具有更大的自由度和灵活性,预测出在夏季6 m/s风速下,冷却塔下风向最大落地浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。同时该方法可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。

采用数值风洞模型对热电厂烟塔合一大气污染扩散的研究

随着城市的快速建设,城市建筑的高度和体量不断增加,同时大气污染源的排放方式和排放状态也与从前发生了很大的变化,特别是热电厂采用烟塔合一排放方式的出现,对常规应用的稳态远距离以统计学为基础理论的高斯大气预测方法提出了挑战。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模式——德国模式在烟塔合一排放方式的预测上存在着许多关键性问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最高地面浓度等无法给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排放方式的大气污染物扩散情况,采用一种新的大气污染物扩散的预测模式——数值风洞模型进行模拟预测研究,预测结果表明,在烟塔合一排放方式下,大气污染物最高地面浓度随风速增加而增加,同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。且在夏季6.0m/s风速下,冷却塔下风向最高地面浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。数值风洞模型可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。

高层建筑表面风压的数值风洞模拟研究

与风洞试验相比,数值风洞具有成本低、周期短、适用广泛等诸多优点,然而由于缺乏足够的研究与验证工作,其精度及可靠性还没有被广泛接受。应用CFD方法建立两个典型高层建筑的数值风洞模型,进行建筑表面风压的模拟与验证,计算结果表明,数值风洞可以很好的反应建筑风压的分布规律,除背风面等少数区域,风压模拟结果具有较好的精度,具有很好的参考价值。

国家数值风洞(NNW)通用软件同构混合求解器设计

针对未来复杂计算流体力学模拟的需求,在国家数值风洞“风雷(PHengLEI)”软件中,针对流场求解器设计了区域混合计算策略,即在不同类型的网格上运行不同的求解器,实现区域混合模拟,采用典型算例进行了验证。与传统多求解器松耦合的“异构”模式不同,风雷软件中设计了“同构”模式的混合求解器。“同构”模式的混合求解器基本思想是:计算域由不同类型网格组成,在不同类型的网格上可运行不同类型的求解器,不同求解器之间在交界面通过数据底层交换信息,其特点是“紧耦合”。区域混合计算能够充分发挥不同类型网格、不同求解器的优点,未来也可以在不同的网格区域上加载不同学科的求解器,是面向未来多学科、多方法、多区域紧耦合模拟的关键技术。作为一种典型的混合求解方案,结构/非结构混合求解时,在结构网格上运行二阶/高阶精度结构求解器,在非结构网格上运行二阶精度非结构求解器,以实现在关键流动区域采用高质量网格、高精度方法的工程实用化目的。首先介绍混合计算所涉及的域、交界面等基本概念,然后设计混合计算所需的数据结构,以及混合计算策略。最后,通过高超声速圆柱绕流和双椭球绕流两个案例,在结构网格上运行二阶或WCNS高阶精度求解器,在非结构网格上运行二阶精度非结构求解器,验证“同构”混合计算的可行性和有效性。

建筑数值风洞的基础研究

数值风洞模拟要想获得理想的计算精度,依赖计算人员的理论基础及其在具体操作中对各种重要因素的选择.针对这个问题,本文采用一个CUBE建筑模型的风洞试验的试验结果作为比较标准,比较了各种不同条件下的建筑数值风洞模拟结果和试验结果,着重分析了网格划分、计算区域、湍流模型和对流项的差分格式等因素对建筑数值风洞数值模拟结果的影响.模拟结果表明:在各种影响因素中,计算区域的影响相对较小,而网格划分、湍流模型的影响相对较大.最后给出如何对上述各种因素作出合理选择的建议.

膜结构风振分析的数值风洞方法

本文在考虑膜结构与风荷载动力耦合作用的基础上,建立了一种适用于大跨度张拉结构风振分析的CFD数值模拟方法.计算采用分区迭代算法,包含流体域、结构域和网格域三个计算模块.流体域采用Taylor-Galerkin有限元法和大涡模拟技术来求解不可压缩粘性流动;结构域的计算采用UpdateLagrangian有限元列式和New-mark逐步积分技术,并考虑了几何非线性的影响;网格域采用拟弹性介质法来计算动态网格的更新.算例分析表明,数值风洞方法是求解流固耦合问题的一种有效方法.

建筑数值风洞的基础研究

假设计算区域的上空面和二侧面为自由边界，地面和建筑物的各面为壁函数的边界，计算网格为３６×３０×２７．构造１０ｍ×１０ｍ×１０ｍ建筑数值风洞”，采用ｋ－ε湍流模型，对该数值风洞进行了风绕流数值计算．得到了建筑表面压力分布及建筑周围速度矢量图．与实验结果比较表明，该数值风洞是可行的．

数值风洞的工业厂房屋面体形系数分析

结合低层工业厂房风荷载及抗风性能的研究,采用基于计算流体动力学技术的数值风洞方法,应用Fluent软件中的Spalart-Allmaras湍流模型,对不同高度厂房周围的风场和表面风压进行了数值模拟,得出屋面风压分布、风载体形系数以及整体结构表面的风压分布。分析了厂房高度对屋面风压分布和体形系数的影响,对不同高度封闭性厂房结构风灾作用后的受损部位进行分析。研究表明,侧壁不通风厂房在迎风面上较容易遭受正压力引起的压坏;在屋面的前缘和屋顶处容易遭受负压力引起的掀起破坏;侧面和背面的负压力较小,不容易产生破坏。

单层平面索网玻璃幕墙数值风洞风载荷分析

针对现行幕墙设计规范没有明确规定单层平面索网幕墙体系的风载荷计算的问题,以某大厦裙房幕墙为研究对象,用ADINA分析考虑流固耦合作用的玻璃-索网体系风振响应分析,并与通常采用的等效静风载荷方法得到的结构风效应比较.分析表明,对于非线性的索网玻璃幕墙结构,现行载荷规范采用的等效静风载荷方法会导致偏于不安全的设计计算结果.

格构塔数值风洞基础研究

合理的数学模型和恰当的参数是数值风洞模拟结果可靠的前提，针对这个问题，对格构塔架进行数值模拟，比较了各种不同条件下的数值风洞平均风压模拟结果，分析了计算区域、网格划分、湍流模型和湍流强度等因素对数值模拟结果的影响程度。结果表明：湍流模型和计算区域的影响相对较大，合适的计算流域为自结构表面向外取30～50倍肢宽，标准k-ε占模型误差最大，大涡模拟（LES）模型和RNGk—ε模型最精确；格构塔的网格划分比较难，要求网格尺寸比较小，故网格划分影响不大；湍流强度对平均风压的影响比较小。

哈大客运专线双台四线雨棚数值风洞模拟

数值风洞方法可为复杂形体结构的风压分布确定和结构风振系数选取等提供非试验性的依据。基于Flu-ent6.3软件平台,利用标准k-ε模型,对处于大气边界层中的哈大客运专线沿线无站台柱雨棚屋盖的平均风压进行数值模拟,探讨用数值风洞模拟技术鉴别风洞模型试验可能存在的误差及其原因。基于结构表面等压线将结构表面划分为结构受风子区块,并以面积加权平均计算得到各子区的风载体型系数,为抗风设计提供可靠依据。

高耸升船机塔柱结构抗风数值风洞模拟

利用数值风洞模型技术,采用原始不可压缩黏性流体N-S方程描述风场的运动,建立合适的计算域边界条件,基于ADINA有限元分析软件,提出了一种高耸升船机塔柱结构抗风分析方法,并通过算例验证了该方法的正确性和有效性;结合工程实例,分析了升船机塔柱结构的风致响应,求得升船机塔柱结构风载体型系数,推导了升船机塔柱结构顺风向风振系数表达式,并与规范值进行了对比。数值模拟结果表明:高耸升船机塔柱结构顺风向最大位移出现在其迎风面顶部附近;数值风洞模型计算得到的升船机塔柱结构风载体型系数大于规范值;对于顺风向风振系数而言,在结构高度90 m以上区域规范值都偏小。

某超高层结构受相邻干扰体影响的数值风洞模拟

为分析上、下游干扰体对超高层结构风载荷的影响,以452 m超高层塔楼为例,将风载荷作为控制载荷分别建立单塔以及有相邻315 m超高层干扰体的数值风洞模型;分析单塔以及干扰体分别在塔楼风向上游和下游3种计算工况,得出各自的风场流线图和塔楼风载荷体型因数.结果表明,干扰体对塔楼风载荷的干扰效应不仅在315 m高度范围内存在,在此高度之上也有比较明显的干扰效应;干扰体对塔楼主要立面的风载荷的影响有较强的规律性.