矩形断面迎风面脉动压力特性试验研究

当紊流流经矩形钝体时,由于漩涡的拉伸和旋转运动,其顺流向脉动压力具有明显的非定常性和空间三维性,且主要依赖于紊流积分尺度与结构特征尺寸之比。为了深入研究紊流尺度效应作用机理,以4:1矩形断面为研究对象,基于三维谱张量理论和刚性节段模型测压试验,系统研究矩形断面顺流向脉动压力的非定常气动力特性。结果表明:在紊流从矩形断面驻点至分离点运动过程中,脉动压力的谱能量从低频向高频转移,且该现象随着L_(u)/D(L_(u)为脉动风的纵向积分尺度,D为迎风面高度)的减小更明显。与之相比,紊流三维效应和畸变效应随L_(u)/D的增大而减弱,在此过程中脉动压力的能量由于阻塞效应只在低频发生了明显的衰减,在高频无明显变化。并通过引入三维压力导纳来揭示紊流作用下矩形断面迎风侧脉动压力的非定常效应机理,对于驻点压力,L_(u)/D越大,压力导纳越接近准定常理论;对于非驻点压力,其距驻点位置越远,阻塞效应对于低频能量的减弱作用越明显,紊流三维效应越弱,而高频的畸变效应则只由L_(u)/D控制。

上游干扰作用下高层建筑迎风面风压双峰分布特征数值模拟研究

在上游建筑干扰作用下,受扰高层建筑迎风面部分测点表现出正负压交替出现的现象,对应风压系数概率密度函数呈双峰分布特征。采用大涡模拟技术对上述现象进行数值模拟研究,并将模拟结果与风洞试验结果进行对比分析,以验证其有效性。研究结果表明,上游施扰建筑两侧的尾流脱落旋涡可演变成交替作用于受扰建筑迎风面的涡团,这些涡团与背景来流共同作用,在建筑表面形成正负压交替出现的风荷载。针对风压双峰分布特征,建立风压信号混合分布模型,该混合模型由与正压成分对应的高斯分布模型和与负压成分对应的广义极值分布模型组成,模型中的位置参数、尺度参数和权重都对整体风压分布特征有显著影响。相关研究可用于非高斯风压信号的极值评估及建筑围护结构风致破坏机理的分析。