高层建筑风荷载减阻的吸气方法数值研究

为减小高层建筑的风致阻力,本文采用数值模拟方法研究了全高吸气控制下高层建筑的风荷载减阻性能,分析了吸气孔位置、吸气角、开孔宽度和吸气流量系数等参数对风荷载减阻和分离控制的影响规律.结果表明:吸气流量系数越大,减阻效果越好,本文吸气角为15°、吸气流量系数为-0.0686时模型的阻力折减系数CDR达到0.523;而吸气角和开孔大小对CDR的影响较小.因此影响吸气控制减阻效果的直接因素是吸气流量系数,即减阻性能取决于吸气对边界层中低速流体的无量纲卷吸流量.讨论了吸气所消耗的功率及其产生的反作用力,并提出了实现'零阻力系数'和'零基底弯矩'的可能性.最后给出了全高吸气模型的风压折减系数关于吸气流量系数的经验公式,为高层建筑吸气控制的实际应用提供参考.

AC-DBD等离子体激励对L形截面钝体风荷载减阻的实验研究

等离子体流动控制是一种应用广泛的主动流动控制技术。为进一步研究其机理、拓展其应用范围,针对L形截面钝体模型,采用3种AC-DBD(介质阻挡放电)等离子体激励器布置形式,比较了施加激励后的减阻效果,并对减阻机理进行了研究。实验在南京航空航天大学0.8m低速直流风洞中进行(风向角0°、来流速度2~8m/s),激励器布置形式为顺来流前缘激励、逆来流前缘激励和拐角激励。研究结果表明:不同来流速度下,等离子体激励器对L形截面钝体都有一定的减阻效果,且减阻效果随流速增大而降低;拐角激励减阻效果最佳,逆来流前缘激励次之,顺来流前缘激励最差;通过流场分析,说明了激励器布置形式变化产生了不同的扰动效果;不同的流动控制机理是影响减阻效果的关键因素。

高层建筑风荷载减阻的吹气方法数值研究

建筑结构的风致阻力主要来源于流动的分离,采用数值方法研究了吹气孔位置、吹气角、开孔宽度和吹气流量系数等参数对高层建筑风荷载减阻性能的影响及对分离的控制。结果表明:吹气角、开孔宽度和吹气流量系数对阻力折减系数CDR的影响显著,当吹气角大于120°时,CDR随吹气流量系数的增加先增大后减小。分析了吹气减阻的控制机理,得到了与吸气控制主要依赖于吸气流量系数不同的结论,即影响吹气控制减阻效果的直接因素是顺风向吹气动量系数Cmo。最后,拟合了风压折减系数关于Cmo的经验公式,为高层建筑吹气控制的实际应用提供参考。

吸气方法在高层建筑风荷载减阻中的应用

采用数值模拟方法研究了吸气控制下高层建筑模型的减阻性能,分析了吸气位置、吸气角、开孔宽度和吸气流量(系数)等参数对减阻的影响规律。结果表明:当外界来流风速不变时,吸气流量越大,减阻效果越好,该文吸气角为15o、吸气流量系数为―0.0686时模型的阻力折减系数CDR达到0.523;吸气角和开孔大小对CDR的影响较小。当吸气控制沿高度变化时,各吸气段的顺风向风压减阻效率ηDR和弯矩减阻效率ηMR均大于1.0,其数值随高度的增加先增大后减小,最大值出现在0.425m处。最后给出了风压折减系数关于吸气流量系数和吸气高度的经验公式。

凹角与吸气控制下高层建筑平均风荷载特性试验研究

为减小高层建筑的风荷载,改善其抗风性能,基于等高度等体积的原则,设计了刚性基准模型、凹角模型和凹角吸气模型等三种高层建筑模型,通过对三种模型的同步测压风洞试验,研究风向角和吸气流量系数C_Q对模型平均风荷载特性的影响规律。结果表明：不同风向角下,三种模型的平均风荷载特性差异较大;在0°~35°风向角范围内,凹角与凹角吸气模型均有助于减小顺风向风荷载,且0°风向角（模型表面与风向垂直）时控制效果最佳。吸气流量系数绝对值越大,吸气控制区域各表面的风压折减越显著,整体/层气动力折减效果越好。当C_Q=-0.035 7时,整体气动力系数折减最大达62%,表明凹角与主动吸气控制结合具有良好的风荷载减阻效果。