攒尖四坡屋面风致雪漂移的数值模拟

为获得攒尖四坡屋面的风致雪漂移规律,基于欧拉-欧拉方法和风雪单向耦合假定,运用计算流体动力学软件,选取Mixture模型分别对立方体周边和高低屋面上的风致雪漂移运动进行数值模拟,将模拟结果与两者的实地观测数据对比,探讨分析数值风洞的关键技术和参数设置,验证数值模拟方法的合理性与可靠性。依据攒尖四坡房屋的使用功能要求,设计分析模型与分析工况,在试算的基础上对屋面进行分区。以风速5 m/s,7 m/s,9 m/s,11 m/s,13 m/s和15 m/s,风向角0°,15°,30°和45°以及屋面坡度25°,30°,34°,40°和45°为分析参数,对攒尖四坡房屋的120种工况进行数值模拟,得到屋面各分区侵蚀沉积的基本规律,提出可用于抗雪设计的屋面积雪分布系数。研究表明,风向角的改变会使屋面积雪分布状态发生较大程度的变化,风速和屋面坡度的变化对屋面整体积雪量有较大影响。

平面腹部凸出双坡房屋屋面风致雪漂移研究

为研究对风雪荷载敏感的平面腹部凸出双坡轻型房屋屋面的风致雪漂移规律,基于计算流体动力学原理和两相流理论,运用CFD软件进行数值建模,对立方体及高低屋面风致雪漂移分布进行数值模拟,并与实测数据进行对比,分析与探讨参数选取及边界条件设置。在此基础上,以风向角(0°,45°,90°,135°,180°)、风速(5,7.5,10,12.5,15m/s)、屋面坡角(20°,31°,40°)为分析参数,分别对不含凸出部分的双坡房屋、凸出部分长短边对应占主体长短边尺寸的1/2及1/4的2种平面腹部凸出双坡房屋,共计3种房屋屋面进行前期工况试算。在此基础上,综合雪漂移分布规律,为反映屋面各部分积雪分布特性进一步对房屋屋面进行细致分区,共模拟195种工况的风致雪漂移运动,得到各工况下房屋屋面风致雪漂移分布规律及可供抗雪设计的各分区积雪分布系数。研究表明:对房屋屋面进行分区,能更好地反映积雪沿屋脊长度方向的分布特性,分区后屋面中部的积雪分布系数值超过不分区约9%;腹部凸出区域对主体结构影响明显,若仅参考单跨双坡屋面积雪系数进行设计,存在安全隐患,设计中应予以注意。

建筑物周边风致雪漂移的数值模拟研究

利用计算流体力学软件FLUENT,基于Euler-Euler方法,假定空气相和雪相均为连续相,采用Mixture多相流模型对建筑物周边的风雪漂移进行了数值模拟。采用有限体积法和SIMPLE压力校正算法来实现非线性离散化方程的解耦和迭代求解。以防雪栏为研究对象,通过不同湍流模型模拟其周边雪漂移的情况,结果表明k-kl-ω模型能较好的模拟风雪漂移。在此基础上对立方体周围的风雪漂移进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果积雪分布规律相一致,验证了该文数值模拟方法的有效性。

雪荷载规范比较与风致雪漂移风洞试验方法研究

风致雪飘移在复杂屋面上产生的不均匀雪荷载是多雪地区结构设计中需要重点考虑的问题之一。该研究对比了我国和美国、加拿大、欧洲四本关于雪荷载的规范,比较了雪荷载的计算表达式、屋面形式等内容,通过风洞试验,采用食用盐、硅砂、明矾、干松木屑等材料,对雪飘移问题进行了试验研究。结果发现:四本规范中都是将基本雪压与各种系数的乘积作为雪荷载;相对其他三本规范,我国规范对影响雪荷载的各种环境参数考虑相对较少;明矾因为颗粒间作用力较大,在风洞试验中不易产生连续的漂移运动;干松木屑因为密度太小,模拟效果也不佳;大密度的食用盐颗粒和硅砂的模拟效果相对较好;为了在实际工程中应用风洞试验的方法,需要进行多参数的现场观测、收集完整的气象资料、研究试验的相似关系和试验参数。

基于风雪联合试验系统的风致雪漂移试验相似准则研究

风致雪漂移现象导致了建筑屋面积雪的不均匀分布,给建筑结构带来了巨大的安全隐患。风洞试验是研究风致雪漂移的主要方法之一,而相似准则是进行风洞试验的基础,文中对Kind、Iversen和Tabler提出的相似理论进行了介绍,并归类整理了目前国内外学者主要采用的相似参数,包括弗劳德数、雷诺数、时间相似参数、速度相似参数等。应用哈尔滨工业大学自主研发的风雪联合试验系统,以日本学者Oikawa完成的户外实测作为参照原型,以边长0. 5 m立方体为试验模型,人造雪作为模拟颗粒,并在充分考虑不同相似参数的特点基础上,基于优选的相似参数进行了缩尺试验。根据实测结果与缩尺试验结果对比与分析发现,应用基于跃移层质量传输率相似的相似准则所得试验结果的侵蚀区和堆积区与实测结果吻合较好,精确地还原了实测结果的积雪分布形状,且以实测原型的平均风速为标准得出的试验结果优于以实测原型的最大风速为标准的试验结果。

风致雪漂移的风洞试验方法和观测研究

雪粒在较大风力作用下会发生复杂的漂移现象,称为风致雪漂移,导致建筑物表面的积雪产生不均匀分布,严重时会导致引发建筑的坍塌。为了得到能应用于具体工程中的风致雪飘移的模拟和研究方法,该文采用风洞试验和实地观测两种方法进行了初步的研究。通过风洞试验,探讨了雪花白堆积曲线随时间和随风速的变化规律和雪花白粘结力对试验结果的影响;河沙的风洞试验中则围绕和实测曲线吻合较好的工况进行了数据分析。通过实地观测,测试了低风速下高低屋面模型的积雪分布,并与国外文献进行了对比分析。

漂移雪荷载的各国规范比较及减灾设计初探

风雪作用对具有高低跨屋面的房屋建筑会产生特殊的效果——漂移雪荷载,从而对结构局部和整体安全性构成很大的威胁。对中国、美国和加拿大荷载规范中高低跨屋面漂移雪荷载的相关规定进行介绍,并将各国规范进行比较,为结构设计中的参考取值给出建议。最后结合一实际结构进行雪荷载作用效果分析,对高低跨屋面房屋在雪荷载作用下的减灾设计进行了初步讨论。

风致折叠网壳结构表面积雪分布CFD模拟

为研究风致折叠网壳结构表面积雪的分布规律,基于Euler-Euler方法和空气相与雪相单向耦合的基本假设,运用通用计算流体动力学软件ANSYS Fluent的Mixture多相流模型理论,并考虑壁面上积雪的侵蚀与沉积,建立风致雪漂的数值模型。首先,模拟立方体周围积雪分布并与实测结果对比,探讨与分析数值风洞的关键技术与参数,证实三方程k-kl-ω湍流模型能更好地对风雪两相流进行模拟。在此基础上,以风速和风向角为分析参数,模拟折叠网壳结构表面积雪分布。结果表明,10 m/s以下较低风速的持续作用对积雪分布尤为不利,受风向角变化影响,结构表面积雪的侵蚀与沉积发生在不同分区,其中迎风面被大面积侵蚀、背风面局部沉积,在不同的风向角下同一分区的积雪分布系数相对改变量最高达1.28。模拟获得结构表面在全风向角下的最不利积雪分布系数,为近似体型结构的抗风雪设计理论提供参考依据。

开洞口煤仓风致积雪数值模拟及雪荷载不利分区研究

风雪共同作用下开洞口煤仓网壳表面雪压不均匀分布,对网壳结构安全性极为不利,且我国《建筑结构荷载规范》和《火力发电厂圆形贮煤仓施工技术规范》并未明确规定此种结构的雪荷载,故模拟研究了此种更接近实际煤仓选型的结构表面积雪侵蚀和沉积量的变化情况。运用FLUENT计算流体力学软件,基于Euler-Euler的方法,分析了不同风向角、积雪厚度和吹雪时间对开洞口煤仓表面积雪侵蚀量和沉积量的影响,结果表明,风向角和积雪厚度对煤仓表面积雪变化量影响较大,随风向角和积雪厚度增大,煤仓中心部位垂直来流风方向的积雪侵蚀量显著增大。将数值模拟所得结果与规范进行对比,发现此类结构并不适用于我国规范给出的屋面积雪分布系数,故提供煤仓表面最不利积雪分布系数分区图,为煤仓表面雪荷载设计提供依据。

单跨单坡屋面积雪分布系数分析

为真实反映单跨单坡屋面的积雪分布情况,给出较为合理的积雪分布系数,通过单跨单坡屋面积雪现场调查,分析了《建筑结构荷载规范》中屋面积雪分布系数的取值问题。采用FLUENT软件分别建立了坡度角为25°,30°,35°,40°,45°和50°的单跨单坡屋面的低立面和高立面迎风的风致积雪分析模型。分析表明,在屋面两侧和下坡处积雪较多,上坡处积雪相对较少。低立面迎风时,坡度角的变化对屋面风速大小与角度的影响都较小;高立面迎风时,涡流范围覆盖整个高立面后方区域。涡流随着屋面坡度角的增大而逐渐增大,因而屋面上部不易形成稳定的积雪带。与《建筑结构荷载规范》相比,屋面积雪分布存在明显的差异,通过分析给出了单跨单坡屋面积雪分布系数的建议。

大跨度屋盖风致积雪重分布的数值模拟

以吉林新火车站为研究对象,在流体计算软件FLUENT 6.3基础上编写相应的UDF后处理程序。基于Euler-Euler体系的两相流理论,采用FLUENT和UDF后处理程序对吉林新火车站周围的风雪运动进行了全尺度的数值模拟,得到了不同风速、风向下屋盖表面风致雪压的不均匀分布情况。结果表明:在风、雪作用后,屋盖以及雨棚上的雪压分布会发生改变,雪压分布非均匀;不同风向下,积雪分布系数的最大值集中在站台雨棚邻近主站房的区域;积雪漂移沉积效应主要受风速影响,风速较大的区域积雪的侵蚀越明显,在风速小的区域积雪沉积量也较大。

多因素下开洞口煤仓风致积雪CFD模拟及拟合研究

为解决结构设计时开洞口圆形煤仓表面无法确定荷载分布系数问题,使用计算流体力学软件研究了开洞口煤仓不同跨度下风向角、积雪厚度及矢跨比变化下屋面积雪不均匀分布情况,提出了针对此种特殊结构的屋面积雪值拟合公式。研究结果表明:此公式拟合准确度高,屋面积雪值随风向角和积雪厚度增大而变大,风向角对积雪值影响极大,矢跨比影响下屋面积雪值变化较为复杂,且风向角和矢跨比2种参数相互影响,不应单一考虑矢跨比对球壳屋面积雪值的影响。

基于Mixture两相流模型和准静态方法的积雪分布数值模拟

在风致雪运动的研究中,采用基于Fluent提供的Mixture两相流模型,并结合准静态方法,对二维防雪栏开展数值仿真,分析了防雪栏离地面的高度对地面积雪分布的影响,验证了该方法的可行性与准确性。

不同跨度的双跨拱形屋面的积雪分布研究

为探究对双跨拱形屋面的风致雪漂移规律,采用Mixture多相流模型和k-kl-ω模型,选择双跨拱形屋面作为研究对象,分析在不同矢跨比及风速下的积雪分布形态。研究结果表明,在高风速自然条件下,双跨拱形屋面在屋脊处承受更严重的雪荷载。此外,前跨侵蚀区和后跨沉积区的大小差异导致双跨拱形屋面前后跨的不均匀积雪分布。研究的结果为进一步探索相关问题和实际工程提供参考依据。

中、美规范轻钢结构建筑积雪荷载设计比较

轻型钢结构建筑由于自身特点对雪荷载比较敏感,尤其对于高低相邻建筑,雪荷载的不均匀分布不容忽视。结合工程实际对中、美两国荷载规范进行比较分析,并提出相应的建议,供工程设计人员参考。