流场物理特性在脉动风压系数估算中的应用

利用数值模拟技术计算脉动风压需要进行非定常瞬态模拟,计算量过大.为了提高计算效率,文章根据准定常理论,用预测点高度的入口风速代替参考点高度风速,修正了Paterson、黄本才等人提出的脉动风压估算公式.通过由CFD模拟得到的独立柱支撑平板结构的平均风压系数、参考点风速、湍流动能等参数估算了其脉动风压系数,发现大多数工况下与风洞试验结果相吻合.研究表明,可以利用定常模拟计算结果中获得的参数估算出脉动风压系数.

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。

大跨度屋盖结构平均风压和脉动风压研究

依托大涡模拟方法(LES),并与计算风工程(CWE)相结合,对平屋盖、球面屋盖、鞍形屋盖及悬挑屋盖的风荷载分布、绕流形式进行了研究,主要完成以下工作:①利用商业软件ICEM CFD建立4种大跨度结构的模型,并对其划分结构性网格。②为了模拟接近自然的湍流来流形式,通过研究软件的用户自定义命令(UDF)对入口湍流来流的速度、湍动能和湍流耗散率编写了相应的程序。③计算出平屋盖的平均风压系数和脉动风压系数,并与试验数据进行比较,验证了本文方法的可行性。④球面屋盖模型选用杭州国际会议中心、鞍形屋盖选用矢跨比相同的模型,分别在0°、45°、90°这3种不同风向角下计算(悬挑屋盖分为闭口式和开口式两种),通过计算得出以上模型的平均风压系数和脉动风压系数,并得出结论。

大规模定日镜群镜面脉动风压特性研究

该文基于Fluent17.0软件建立5种典型工况下定日镜群的数值计算模型,通过国家超级计算中心的计算技术,对大规模定日镜群进行大涡模拟(LES)分析,获得典型工况下群镜中不同位置的定日镜镜面的脉动风压系数分布,讨论了代表位置的定日镜镜面脉动风压特性。模拟结果显示群镜中各个定日镜镜面的脉动风压分布受来流风向影响较大,群镜中处于边缘位置的定日镜受脉动风作用最大;群镜镜面正反两侧脉动风压均呈正相关,同风向角下,不同位置的定日镜正反镜面的脉动风压相关性大小和定日镜与流场入口距离有关,远离流场入口处的定日镜正反镜面的脉动风压相关性最大,中间位置定日镜的相关性次之,处于迎风面的定日镜正反镜面的脉动风压相关性较小;沿来流方向前面无遮挡的定日镜叠加面的脉动风压基本符合高斯分布,镜场其他位置的定日镜静面风压不符合高斯分布特性。

工业厂房屋面脉动风荷载及干扰效应试验研究

随着工业厂房构件的轻型化,厂房屋面受脉动风荷载作用极易发生破坏。通过对某实际厂房刚性模型进行单体与典型干扰工况条件下的风洞测压试验,得到屋面的脉动风压。首先,分析不同工况时的屋盖纵横向端部与中部的测点脉动风压分布规律,对比无干扰工况与干扰工况条件下的屋盖表面脉动风压分布;其次,考察不同干扰距离受扰厂房与无干扰厂房屋盖表面典型测点的功率谱;最后研究屋盖整体升力系数的脉动值、极小值与极大值。结果表明,风向角与干扰距离极大地影响风压脉动值。角部测点与中部测点脉动风压在45°风向角时最大;而纵墙边沿测点的脉动风压系数在90°风向附近最大。干扰距离越小,对脉动值影响越大。处于屋盖表面不同区域的测点功率谱表现出不同形态,干扰对不同位置测点的作用效应不同,对不同频段的能量影响也不同。干扰工况对升力系数最大脉动值与最不利极小值表现为遮挡效应,而对最不利极大值起放大效应。给出不同干扰工况时的屋盖升力系数的脉动值与极值干扰因子,以供工程实际设计参考。

线形布置三圆柱脉动气动力及风压分布特性试验研究

为了给线形布置三圆柱结构的抗风设计提供参考,通过刚性模型测压风洞试验研究了线形布置三圆柱在不同风向角(0°~90°)和间距比(1.2~4.0)下的脉动气动力及风压分布特性,并与单圆柱的结果进行了对比分析。研究结果表明:线形布置三圆柱的脉动气动力特性可按间距比大致分为小间距比(1.2≤L/D≤2.0,L/D为相邻圆柱中心距与圆柱直径之比)、中等间距比(2.0<L/D<3.5)和大间距比(3.5≤L/D≤4.0)三类。小间距比时,三圆柱的脉动气动力系数表现为显著的减小效应;中等间距比时,脉动气动力系数与风向角和间距比密切相关;大间距比时,上游圆柱受气动干扰影响较弱,中、下游圆柱的脉动气动力系数表现为明显的放大效应;线形布置三圆柱的脉动风压系数在小间距比时表现为显著的减小效应,在中等间距和大间距比时的气动干扰主要发生在风向角不大于45°时,中、下游圆柱局部位置的脉动风压系数表现为显著的放大效应。

湍流对高层建筑风压幅值特性影响的研究

风荷载是高层建筑设计的控制荷载之一,来流湍流对结构风荷载分布和风致响应有很大的影响,研究来流湍流对高层建筑风荷载的影响有很重要的实际意义。本文主要研究来流湍流强度对高层建筑风压幅值特性的影响。为形成不同的湍流强度,本文采用风洞试验的方法,共模拟了五种风场,对2种不同断面相同高度共2个模型进行了研究。结果表明,当湍流强度比我国D类风场的湍流强度明显增大时,模型的四个侧面的平均风压系数在数值上是增大的,但是在背风面和侧面的平均风压系数绝对值是减小的;在D+风场中,背风面和侧风面出现了小正压。特别是背风面平均风压系数增加量比迎风面前后对应位置增加量更大,从而使整个结构所受的平均风阻力减小。高湍流强度对高层建筑表面风压有明显影响(如小正压),可为高层建筑抗风设计提供参考。

雷诺数对大跨屋盖结构表面风压的影响

为研究不同雷诺数对大跨度屋盖结构表面风压分布特性的影响,采用大涡模拟计算流体动力学方法,计算二维屋盖表面平均和脉动风压系数;系统分析雷诺数对屋盖表面风压分布、流动分离及再附着现象的影响.数值计算结果表明:随着屋盖表面特征雷诺数的变化,屋盖表面风压分布亦发生明显变化,特征雷诺数较低时屋盖表面风压较平稳,特征雷诺数升高时屋盖前部的风压系数大幅增大,但增幅逐渐降低,最终趋于稳定.结果验证了雷诺数效应在屋盖结构风荷载模拟中的重要影响.

大跨开合屋盖表面风压特性试验

为了研究大跨开合屋盖风荷载特性以及屋盖开洞对风荷载分布的影响,设计了一个可改变屋盖开合的大跨结构模型,并在大气边界层风洞中开展了不同流场与不同开合工况下的刚性模型测压试验,获得了表面风压分布时程数据。详细分析了建筑表面平均风压系数与脉动风压系数,深入讨论了屋面开合对风压分布的影响。研究结果表明,当来流垂直于屋盖前缘时,形成明显的柱状涡,随着来流角度增大,在屋盖角部形成锥形涡,在45°斜风下锥形涡达到最强;受到特征湍流的作用,均匀流场下屋盖表面的平均风吸力较大;随着湍流强度的提高,受到来流湍流的抑制作用,风压系数有所降低,在C类流场下最为明显;屋面开口降低了孔口附近平均风压,而脉动风压则有所增大。

各国大型冷却塔塔筒表面风压实测对比及展望

介绍了文献可查各国大型冷却塔塔筒表面实测平均风压系数、脉动风压系数、塔筒内表面风压系数,并结合现有规范进行了对比分析,指出有必要进行全方位的冷却塔表面风荷载实测,以完整再现冷却塔表面风荷载绕流特性。

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。

大跨度钢网架双坡屋面结构分区风荷载风洞试验研究

通过某长宽比为5.1∶1的大跨度钢网架双坡屋面结构刚性模型风洞测压试验,得到了结构在不同风向角下的风荷载体型系数,研究了该结构体型系数分布规律、脉动风压系数分布规律以及结构内外表面风荷载分布规律,依据体型系数的不同对结构表面进行了分区,给出了各区域的代表值。结果表明:结构边缘一定宽度范围内,体型系数受流体分离影响较大,其余区域所受影响较小且随风向角变化不明显;结构迎风端脉动风压系数较大,其余区域较小;结构周边建筑对结构体型系数、脉动风压系数、内压系数分布等有一定影响,设计中应考虑周边建筑对结构风荷载的干扰效应。

大跨屋盖结构的风荷载的分布规律

本文以1:200几何缩尺比的刚性模型进行风洞试验,基于相应的风洞试验数据处理方法,研究了大跨度平屋盖表面风压分布特征,给出了风压系数分布规律。得出,屋面的风压系数以吸力为主,气流在屋面前缘发生分离,发生分离后产生了旋涡脱落与再附。

复杂环境下大跨度倾斜平屋面的风洞试验

为了研究处于复杂环境下大跨度倾斜平屋面的平均风压及脉动风压的分布特性 ,对一实际工程模型进行了刚性模型测压试验 .试验在模拟的大气边界层风场中进行 ,得到了结构在各个风向角下的风压系数分布 ;通过对试验数据的分析 ,可知随着风向角和周围建筑相对方位的改变 ,屋面风压的分布主要有三种类型 ;此时屋面的风荷载与由《建筑结构荷载规范》得到的风荷载取值是不相同的 .

球面壳体表面风压分布特性风洞试验研究

球面壳体是工程中一种常用的屋面结构形式。本文通过刚性模型风洞试验,对不同场地类别下球面壳体表面风压分布进行了同步测量。根据测到的同步风压分布数据,对壳体表面风压场特性进行了分析,包括平均风压系数及脉动风压系数分布、脉动风压的自功率谱及互功率谱分布、风压场的本征正交分解特性、雷诺数对壳体表面风压分布的影响等。结果表明,球面壳体模型表面风压分布受雷诺数的影响明显,且模型的曲面特性使得由风场本征正交分解得到的前几阶特征模态对整个风压分布的贡献增大。该研究为这类结构在抗风分析中风荷载的确定及数值模拟提供试验依据。

风荷载标准值及计算参数差异对比

对中、越、美、欧、日荷载规范中风荷载标准值的计算公式,以及计算公式中的基本风速/基本风压、风荷载高度变化系数、体型系数和顺风向动力/脉动效应系数几个参数进行了深入的对比分析。研究了各国计算参数的差异,并对不同高度的混凝土高层建筑结构的风荷载标准值计算结果进行了详细的对比分析。

珊瑚格对深圳蛇口邮轮中心表面风压影响的试验研究

珊瑚格结构具有浓厚的海洋文化气息,建筑设计中常被用来装饰临海建筑的结构外立面,但其对建筑表面风压的影响研究较少。通过刚体模型多点同步测压风洞试验方法,对设置不同珊瑚格的深圳蛇口邮轮中心表面风压进行了测试,分析了不同透风率珊瑚格和不同地貌下邮轮中心的幕墙和大跨度屋盖表面风压特性。试验结果表明:设置珊瑚格可以有效降低其背后幕墙和临近屋盖的平均风压系数和脉动风压系数;随着透风率的减小,幕墙和屋盖的平均风压系数和脉动风压系数均逐渐减小,并存在一个最优透风率,使得平均风压系数和脉动风压系数达到最小值;不同地貌下,背风侧的珊瑚格背后幕墙及其临近屋盖的平均风压系数和脉动风压系数均相差不大,迎风侧的珊瑚格背后幕墙及其临近屋盖的平均风压系数也相差不大,但脉动风压系数具有明显的差别。

复杂体型大跨屋盖风荷载特性的风洞试验研究

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到了在有无周边建筑群干扰下屋盖表面的风压系数等值线图、脉动风压系数与屋盖的升力系数随风向角的变化曲线,对其风压分布特性做了详细的对比分析研究。研究结果表明:大跨屋盖结构表面主要呈现负风压(风吸力),屋盖合力升力系数均为负值。主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大,风压变化明显,出现较大的负风压系数;由于站台雨篷四周开敞,气流流经站台雨篷时较为顺畅,气流分离较小,因而站台雨篷风压系数较小。