平屋面摩擦速度的数值模拟研究

建筑屋面的摩擦速度是决定其风致迁移雪荷载的重要因素。该文采用CFD(computational fluid dynamics)方法模拟了平屋面的摩擦速度,并结合其分布特征分析了屋面积雪传输率、侵蚀通量和暴露系数随跨度的变化趋势。为验证CFD方法的湍流模型对平屋面摩擦速度模拟的影响,将数值模拟结果与Irwin探头风洞试验进行了对比,结果表明Realizable k-ε湍流模型的模拟结果与风洞试验最为接近。根据4种不同跨度屋面的CFD模拟结果发现,当屋面跨度与高度之比为4时,屋面平均摩擦速度最小;并且随着跨度的增大,屋面摩擦速度最小值所在的位置和积雪沉积的区域均逐渐向迎风侧屋檐靠近。同时发现,屋面积雪的平均侵蚀通量随着跨度的增大而减小,屋面积雪传输率和雪荷载暴露系数则随着跨度的增大而增大。

风吹雪数值模拟的两方程模型方法

采用两相流理论,根据雪颗粒的运动机理,提出了新的两方程数值模型方法,认为跃移层传输方程中的源项与壁面摩擦速度、雪层阀值摩擦速度的相对大小有关,并引入待定系数来确定源项的缩放比例。接着基于数值试验的方法开展参数分析,采用将不同参数条件下的跃移质量浓度与经验公式结果进行比较的方法来确定待定系数。为了验证该方法的适用性,对开阔场地条件下的风致积雪运动进行了模拟,并与实测数据进行了比较。结果显示,数值模拟结果与实测数据吻合较好,能够定量地重现风致积雪运动的重要特性。模拟的跃移层雪质量浓度与实测结果比较一致;而悬移雪质量浓度偏高。总质量传输率的模拟结果落在实测值范围之内。

风吹雪廓线的风洞实验研究

利用颗粒图像测速仪对新雪形成的风吹雪进行风洞实验研究,给出了不同高度处雪粒粒径分布函数以及平均粒径廓线、雪粒数通量廓线的分布规律.发现当摩阻风速大于0.5m/s时单宽输雪率与摩阻风速满足指数函数的关系,小于0.5m/s时两者满足幂函数的关系,总体而言,单宽输雪率与摩阻风速呈线性关系.