开孔大跨屋盖结构的内部风效应研究

结合广州航空邮件处理中心风洞试验研究了开孔大跨屋盖结构的内部风效应。分析了风致平
均内压和脉动内压的特性及产生机理，给出了估算平均内压和脉动内压的理论方法，并对典型工况的平均
内压进行了验算，试验结果与理论吻合较好。采用有限元时程分析方法对大跨网架进行了动力计算，探讨
了墙面开孔对屋盖风振响应的影响。结果表明，墙面开孔会大幅增加屋盖的静动力风荷载，以风压指标的
增幅来考虑开孔效应更具现实意义。     

切向漩流半开式热管稳态传热性能的实验研究

为了强化半开式热管的传热效果，提出了一种在半开式热管凝结段的侧端切向对称开孔的方法.通
过改变侧端切向开口的位置和侧端切向开口孔径的大小，研究了切向漩流半开式热管的沸腾换热和凝结换
热特性，以及这种结构的变化对切向漩流半开式热管总体传热性能的影响.实验结果表明，沸腾段的换热
系数随着开孔的相对位置增大而降低，随着侧端开口直径的增大而增大；开孔相对位置在30％～50％时，
凝结换热系数较低；凝结换热系数随侧端开口直径的增大而增大，侧端开孔相对位置越小，侧端开口直径
越大，总体传热性能越好.     

圆柱形建筑双幕墙结构的内部风效应

对圆柱形建筑双幕墙进行了多参数对比风洞试验,研究了圆弧双幕墙结构风致平均内压的空间分布特性,阐述了廊道内平均风压的分布机理,给出了风致平均内压的理论估算方法,并与试验结果进行对比,吻合较好.研究表明:圆弧型双幕墙在背风向时,廊道内的平均风压非常均匀,其风致平均内压的分布受外幕墙开孔率、廊道间距和来流风速的影响很小;而在迎风向和侧风向时,廊道内的平均风压分布不均匀,其风致平均内压的分布随开孔率和来流风速的增大、廊道间距的减小变得越来越不均匀.     

自激脉冲发生机理数值模拟及参数影响分析

为了揭示低压大流量下自激振荡脉冲射流清洗的脉冲发生机理，研究了这种工况下喷嘴结构和运行
参数的优化设计范围.通过给出一种应用于大型工业油罐罐底油泥清洗的新型喷嘴结构型式，比较了在低
压大流量工况下该喷嘴脉冲的发生机理、表现形式、分析方法与高压小流量情况下存在的差异.用计算流
体力学（CFD）软件对自激振荡腔内压力场进行数值研究，并对影响频率特性的结构和运行参数进行了逐
一分析，获得了喷嘴的结构参数和运行参数的优化配比范围.结果表明，在低压大流量工况下，空化汽囊
的周期性变化是产生脉冲射流的根本原因，得到的优化参数可直接应用于指导低压大流量自激喷嘴的工业
设计.     

结构参数对先导式纯水溢流阀性能的影响

应用流场数值模拟技术，在不同结构参数、压力、流量等条件下，对先导式纯水溢流阀主阀流道
内的流场流态进行动态仿真.分析了结构参数对流场流态及压力 流量特性的影响，在此基础上确定了影
响阀静态特性的主要结构参数.结合仿真结果，对结构参数进行优化设计，并对先导式纯水溢流阀静动态
特性进行实验研究.结果表明：所研制的先导式纯水溢流阀滞徊小于3％，定压精度大于88％，压力上升
时间小于0.075 s，压力超调量低于14％.利用流场仿真技术对溢流阀进行优化设计，不仅能够提高溢流
阀的静态性能，同时还能够改善其动态响应特性.     

大跨度柔性屋面建筑风振响应研究——突然开孔时的内压及屋面响应研究

研究了大跨度柔性屋面建筑在台风中门窗破坏产生突然开孔,风从开孔涌人引起的内压以及屋面响应问题.假定建筑物体积变化与内压成线性关系,推导了突然开孔时内压以及屋面响应的理论公式,并进行了大跨度平屋面气动弹性模型风洞试验.理论分析结果与试验结果符合较好,说明理论分析有足够的精度.研究结果表明,大跨度柔性屋面建筑突然开孔时有内压突然增大的现象,屋面呈现两个共振频率,屋面柔度能够增大系统阻尼,降低屋面响应,风速以及开孔面积增大时能增大屋面响应.     

低层四坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合风洞模型试验对4种坡角的低层四坡屋面房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值
模拟和分析。数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型，采用具有良好适应性的四面体网格，
利用Fluent软件实现了流场的数值求解。通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现，屋面坡角和风
向角对四坡屋面房屋的屋面风压具有显著影响，在不同风向角下的峰值压力一般都出现在屋脊或迎风屋檐
附近；屋脊处的峰值吸力绝对值随着坡角增加而增大，迎风屋檐处的峰值吸力随着坡角增加而减小。在对
压力分布进行分析的基础上，还给出了屋面各分区风载体型系数的变化曲线及这些系数的简化计算方法。     

电化学CO2浓缩过程分析

为达到准确预测电化学去极化CO2浓缩器（EDC）操作条件内性能的目的，进行了电化学CO2浓缩过
程分析.在EDC中许多物理、化学和电化学过程同时相互作用，这些过程可以用实验方法进行数学定义和表
征，从而用计算机计算出结果来预测EDC性能随所研究的操作参数的变化，假定该浓缩器沿空气流的方向
分割成几个子电池，并且每个子电池中的质量传递必须是垂直于电极方向的，此时采用不同的控制传递或
反应的机理将子电池分割成五个区进行表征，进而分别讨论每个区中的控制机理.为支持数学分析，实验
研究了电池对于空气入口CO2分压、电流密度、H2出口CO2质量分数变化的瞬时响应.该电化学CO2浓缩过程
分析能较好地解释实验结果，并证明了推断的反应机理.     

内压载荷下复杂薄壁箱形结构数值模拟与优化设计

基于有限元软件MSC. Marc/Patran，考虑材料非线性和几何非线性，对装配式不锈钢水箱这种以
内压载荷为主的复杂薄壁箱形结构的力学响应进行了数值分析.得到了箱体在内压载荷下的应力和位移变
化特性，箱体各模压板块中与加强槽毗邻的球冠边缘区域的应力始终占控制地位；获取了箱体的屈曲失
效模式，基准模型箱体底板的屈曲临界载荷为0.080 MPa；分析了屈曲临界载荷数值模拟值与经典理论值
之间存在较大差异的原因.通过对模压板块的球冠高度与直径、加强槽的位置和尺寸以及强化拉筋的布置
方式等参数进行优化，提高了箱体的承载能力.数值模拟结果与试验数据较为一致，表明了所用数值方法
的有效性.     

单体建筑高度对风压作用下自然通风的影响

目的分析风压作用下民用建筑的自然通风能力和不同高度建筑对风压作用下自然通风的影响.方法采用计算流体力学方法,对不同风速、不同高度条件下建筑风压作用下自然通风能力进行数值模拟,并通过实验数据验证方法的正确性.结果得到单体建筑风压差系数分布规律,其风压作用下自然通风外部条件最好之处为建筑高度的4/5处.建筑迎风面中部风压作用下自然通风效果好于建筑物两侧.风压差系数对风速变化不敏感.不同建筑高度风压差系数分布规律相似.结论本数值方法能够正确地反映建筑表面的风压分布;风压作用下自然通风效果随单体建筑高度增高而增大,随风速增加而增大.     

大跨开孔结构屋盖风致响应分析的多模态精细时程积分法

大跨空间结构在灾害天气时，风从孔口处涌入，屋盖容易在内、外压共同作用下产生破坏.结合模态解耦原理和精细时程积分法，提出了多模态精细时程积分法，并推导了大跨屋盖风致响应与风效应系数的计算公式.通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验，计算了屋盖的风致动力响应时程，其结果与有限元分析吻合，验证了多模态精细时程积分法的正确性.分析了大跨屋盖跨中位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布，得出了大跨屋盖风致破坏的机理，指出高阶振型对大跨屋盖结构的风致响应的贡献不可忽略.计算比较了在四周封闭和突然开孔2种情况下的荷载风效应系数和位移风效应系数，结果表明多模态精细时程积分法是一种高效、快速、准确的大跨屋盖风致响应计算方法.     

开孔结构内压传递方程的适用性分析

为了研究单一开孔结构内压的传播机理,采用理论推导结合模型实验提出内压传递方程的新形式.考虑到国外学者提出的方程普遍存在低估孔口阻尼值这一不足,从N-S方程出发结合层流边界层理论,推导单一开口结构内外压传递的方程.对6种不同开孔条件下的模型进行扬声器激振试验,以获得内压时程曲线.通过拟合实测内压曲线,来考察不同方程的适用性.研究结果表明,所推导的新方程与国外学者提出的方程相比能够准确地预测开孔模型内压幅值和阻尼.     

大跨平屋盖风致破坏开口附近的风压变化

利用计算流体动力学(CFD)软件CFX11.0,采用基于雷诺平均(RANS)方法的SSTk-ω湍流模型对大跨度平屋盖风致破坏过程进行了二维数值模拟,研究了风致连续破坏过程中屋盖开口附近风压系数的变化规律。结果表明,大跨度屋盖迎风边缘部位的风吸力最大,屋盖的风致破坏往往由这些部位开始。屋盖破坏过程中破坏开口边缘处风压发生较大变化,这是屋盖风致连续破坏的主要原因。此外,结构前后入口的大小也对破坏开口外表面风压系数分布规律有较大影响。文中定性地对屋盖结构风致破坏过程进行了数值模拟分析,可为大跨度屋盖局部抗风设计提供参考。     

简谐波叠加法模拟风谱

目的模拟脉动风荷载，在时域内实现数值模拟建筑结构的内力分析和变形计算．方法采用Davenport风速谱并根据Shinozuka理论，应用简谐波叠加法分别模拟了脉动风速、脉动风压和脉动风荷载时程曲线．结果求出了该风谱的功率谱密度和相关函数，并分析了某12层框架结构的顶层位移和加速度反应．证明此方法高速有效，且符合工程精度的要求．结论理论值和实测值的比较结果表明简谐波叠加法是一种正确有效的风荷载分析方法，能够反映结构的基本动力特性，对高层建筑的风振控制有一定的应用价值．     

外载荷作用下压力容器接管结构有限元分析

工程设计时因需要满足工艺流程的复杂性，常常在压力容器的特殊位置进行开孔接管。GB 150-2011仅考虑容器结构在单一载荷的工况进行开孔接管结构的强度计算，没有涉及到实际工程中开孔接管结构的附加外载荷。应用SolidWorks软件对筒体切向开孔接管压力容器进行局部建模，采取有限元分析法，分别对三维实体模型施加仅内压、内压附加外载荷的两种工况，得出结构的应力分布并进行了强度评定，研究了接管附加外载对压力容器结构的影响。结果表明，由于接管外载荷的存在，相贯区的应力大幅度增加，且改变了接管与筒体连接处的应力对称分布状态。分析结果可为联合静载荷作用下开孔接管应力分析提供一定参考。     

影响不对称支撑圆形钢天线风致疲劳寿命的因素

在求得结构不同风向、风速下风致响应以及结构所在位置处的风速风向联合分布函数的基础上,基于经典的疲劳累积损伤理论,对一实际不对称支撑圆形截面钢结构进行风致疲劳寿命估计。通过实例分析的结果,讨论了风向、结构表面粗糙度、涡激共振以及平均风速等重要因素对结构风致疲劳寿命的影响。计算结果表明：1）风向对结构的风致疲劳累积损伤影响较大,在出现概率大的风向区间内造成的疲劳累积损伤较大;2）结构表面粗糙度对结构的风致疲劳寿命影响也较大,疲劳寿命随着表面粗糙度的增加而减小;3）涡激共振对结构的疲劳寿命有一定的影响,在计算结构的风致疲劳寿命时,不应该忽略涡激共振的影响;4）平均风荷载对结构的风致疲劳寿命影响较小。     

宁夏建筑结构基本风压分析研究

为了减轻风灾，加强建筑结构抗风设计，选取宁夏18个市县历史最大风速资料，利用耿贝尔分布估算了宁夏50a和100a重现期最大风速，通过伯努利方程计算宁夏的基本风压．结果表明。宁夏50a和100a重现期基本风压与最大风速的分布基本相同，均呈“南小北大”型分布；5个主要城市基本风压的最大值均出现在春季，而最小值集中出现在夏季和秋季．在建筑结构抗风设计时应考虑海拔高度的影响，才能保证计算的基本风压值较准确；在春季和冬季应加强抗风措施，可有效地减少风灾损失．     

大型低矮圆柱壳结构风荷载特性的风洞试验

以实际工程中的10方立式钢储罐为研究对象,采用刚性缩尺模型风洞试验方法,获得大型低矮圆柱结构内外表面的风压分布规律.结果表明：大型低矮圆柱壳结构外表面的风荷载与规范采用的数据有较大差异,内表面风压呈现出明显的波动.对平均风压和脉动风压的相关性分析表明,准定常理论仅对外表面的背风区适用.对各测点风压时程数据进行三阶和四阶矩统计量分析,研究低矮圆柱壳表面风压的非高斯特性.结果显示：绝大多数测点的概率密度偏离高斯概型.为了便于设计应用,给出非高斯峰值因子的参考数值.与以往试验结果的比较表明：不同高径比的圆柱壳风荷载有所不同,负压区的体型系数绝对值随着高径比的增大而增大.