数值风洞模拟结构静力风荷载的可行性研究

应用目前可用于工程实践的、具有较高精确度和通用性的经典湍流模型——雷诺应力模型(RSM)．进行了20多个涉及独立墙体、悬空广告牌、柱体和两个高层建筑静风荷载干扰效应流场的算例分析,并将计算结果与相关的风洞试验或现场实测结果进行了比较,从总体上阐述了两者间的异同,验证了数值风洞模拟结构静力风荷载的可行性．     

十字形高层建筑风场数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent6．3,采用Realizable K—ε湍流模型对十字形高层建筑进行了三维定常风场的数值模拟,研究分析了模型各表面平均风压系数的分布规律,并探究了肢长及高宽比等参数对各立面风载体型系数的影响。结果表明：肢长的变化对十字形高层建筑各立面风载体型系数的影响较为明显;高宽比的变化仅对背风面及侧面的体型系数有较大影响,对迎风面体型系数的影响较小。     

复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值模拟

目的比较复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值计算与风洞试验结果,分析研究大跨结构表面风压的分布特性.方法选用可实现的Realizable模型和非平衡壁面函数法,对武汉天河机场新建航站楼实际尺度的几何模型进行了不同风向角时风荷载的数值模拟.结果计算出了模型各个测点的平均风压系数,并与风洞试验数据进行了比较.在不同风向角时,除转角和悬挑屋檐部分,数值模拟值和风洞试验值的一致性比较高,测点的相对误差都在10%以内.结论用数值分析方法对机场航站楼这一复杂的大跨度结构表面风荷载进行数值模拟,其结果具有一定的参考价值.尽管目前数值模拟方法还不能取代风洞试验,但将其作为一种辅助手段是可行的.     

深圳大运会主体育场罩棚风压分布的数值模拟

为了求得体育场罩棚的风载体型系数,基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对深圳大运动会主体育场罩棚风压分布特性进行了数值模拟.采用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解.将数值计算结果与风洞试验结果进行了对比,两者吻合较好,在此基础上,分析了风向角和风攻角对风压分布的影响,探讨了罩棚周围流场的绕流特性,并根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的区域平均风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法.结果表明:风向角对风荷载的影响较大,不同风向角下,来流的分离和漩涡脱落作用均有较大的不同.风攻角对罩棚表面风压分布的影响不大,对罩棚局部峰值的影响在15%以内,整体影响在5%以内.     

深圳大运会主体育场罩棚风压分布特性的数值模拟研究

基于Reynolds时均 方程和RSM模型对深圳大运动会主体育场罩棚风压分布特性进行了数值模拟,文中采用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解。分析了风向角和风攻角对风压分布的影响,探讨了罩棚周围流场的绕流特性,并根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的区域平均风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法,以供工程设计的参考。     

建筑物风压分布随侧风面长度变化的数值研究

用计算机数值模拟风作用下高层建筑周围的紊流流场，从而得到高层建筑外表面上的风压分布沿侧风面长度方向的变化规律，并对风压及风压系数进行数学回归，拟合风压系统分布公式，为建筑结构风荷载和暖通渗风量的计算提供依据。     

某绿色建筑风环境数值模拟分析

以青岛某绿色建筑项目为例,分析了室外风环境对人生活及环境的影响。通过查阅有关青岛地区典型气象年的参数确定了3种模拟工况,根据k-ε湍流模型的控制方程及当地地形条件、基本风速和所在高度等因素,模拟出该位置的平均风速及压力差。通过对各项风环境指标的分析,得出结论：冬、夏两季建筑1.5 m高度处人行区域的风速均低于5 m/s,气流较平缓,符合行人舒适性,对于风速较高的迎风面转角和风通道处,可以通过在该区域种植植被来降低该区域的风速。建筑物表面压力差小于5 Pa,有利于夏季通风并且符合冬季防风要求。该项目达到中国绿色建筑评价的标准,可以为今后绿色建筑规划建筑设计提供参考。     

半导体冷箱制冷性能的数值模拟

建立了三维稳态计算模型,应用CFD软件模拟计算1台半导体冷箱样机在运行稳定后工作空间的温度场。通过数值计算得到实验工况的温度场,并且通过实验测量冷箱工作空间内6个特定点的温度值,测点的计算值与实测值能够较好地吻合验证了计算模型的准确性。在冷端分别采用强迫风冷换热、自然对流换热方式条件下,模拟计算冷端布置于5个不同位置时冷箱工作空间的温度场,这5个位置分别是冷箱内后侧壁的1/4,1/2,3/4高度(同时,在与高度垂直的另一个方向上,位于尺寸中心处),左侧壁中心位置以及顶部中心位置处。通过对各种情况下温度分布图的对比分析,认为冷端无论采用强迫风冷换热还是自然对流换热方式,将冷端布置在顶部中心位置均可使得温度分布最佳,同时肯定了在冷端装设风扇的必要性。     

建筑物风荷载环境数值模拟研究

风荷载极值概率信息对于结构抗风可靠性设计十分重要, 基于Hermite多项式模型(Hermite polynomial model, HPM)转换过程方法由于在估计强非高斯性风荷载极值方面表现优异, 因而受到研究人员的青睐从而被广泛应用。另一方面, 该方法的使用过程烦琐且有较强的理论性, 不利于工程应用。为此, 该文基于该方法提出非高斯风荷载极值估计的经验公式, 首先系统地阐述基于HPM转换过程方法, 接着对风荷载的极值分布函数模型展开讨论, 之后通过回归分析提出风荷载极值分布函数的经验公式, 并对其适用性和精确性加以验证。研究成果表明, 仅需知晓风荷载若干统计特征的情况下, 经验公式可快速估计风荷载极值, 精度上与HPM转换过程方法基本相同, 而在效率和便捷性方面显著提升, 便于在工程中推广使用。

     

风荷载作用下建筑结构表面的压力分布研究

针对浙江沿海地区台风对高大柔性结构损坏严重的现实,利用数值风洞技术,研究顺风向情况下柔性结构静动力风荷载和位移方程和横风向情况下结构风振方程,运用有限元软件分析结构在流场中的应力分布.数值分析结果与风洞实验对比显示选取得模型合理可行,计算结果对改进结构设计、提高结构抗风性具有指导作用.     

某会展中心建筑表面风压分布的数值模拟

基于ANSYS-CFX 13.0软件平台,采用SST湍流模型对某会展中心16个风向角下表面风压场进行了三维数值模拟,并利用自编程序对模拟结果数据进行处理,得到表面分块体型系数.结果表明,附近的干扰建筑物影响了会展中心周围的风场和表面风压,同时数值结果符合钝体绕流规律,可供实际工程采用.分别用简化公式和日本规范建议公式对建筑风振系数进行了估算,建议设计时采用日本规范建议公式计算结果.     

地铁列车活塞风对站台空气环境影响的数值模拟

通过对典型岛式站台在不开启机械通风系统闭式运行的情况下,单列车进、出站过程中流场分布的三维数值模拟,分析了流速对候车乘客舒适性的影响,计算了活塞风所造成的站台通风量,分析了其对改善空气质量所起的作用. 结合模拟及分析的结果,提出了未来地铁站台环控系统设计应当考虑的问题.     

典型空间结构平均风压分布及绕流特性的数值模拟

运用计算流体动力学技术,基于FLUENT6．1．22流体动力学数值模拟平台,采用雷诺应力模型,对球壳、悬链面壳及椭圆双曲抛物面壳这3类结构的平均风压分布及绕流特性进行了深入研究。首先将数值模拟结果与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性;然后系统研究了风速、风向角、地面粗糙度、缩尺比、矢跨比等因素对结构风压分布及其绕流特性的影响;最后在B类场地下,根据结构形式和风压分布规律,对结构的压力系数进行面积上的加权平均得到工程上实用的体型系数,可供设计参考。     

开洞高层建筑风压特性数值模拟研究

基于fluent6.3数值模拟软件,系统研究了4种湍流度、4种积分尺度、5个风向角、4种长宽比、8种开洞位置等条件下,洞口设置对于平均风压的影响。分析发现:洞口使迎风面和背风面洞口附近的测点风压有所减小,而远离洞口的左右测点风压却有所增加;较小的湍流度和积分尺度流场中的模型受开洞影响更大;宽长比越大的模型受影响测点越多,且影响幅度略有增加;洞口使建筑物整体静风荷载减小的主要原因是洞口的存在使受风面积减小所致。     

复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明：复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.     

Numerical Simulation Analysis and Ecological Evaluation on Wind Environment of Dwelling Groups in Severe Cold Regions

The wind environment around residential building groups is increasingly concerned, while the dwelling groups as the elementary unit of planning design, its quality of surrounding wind environment will directly affect people＇ s life. This study based on the climatic conditions of severe cold regions, selects four dwellings groups with different openings scale and position as the research objects, and then simulates and analyzes the wind speed distribution characteristics of each pattern. Meanwhile, it extracts the wind speed values of one hundred points of each pattern and applies the coefficient of uniformity method to the ecological evaluation. It has been found that grouping pattern of buildings has a dramatic effect on the resulting airflow behavior. Configurations that contain a T？shaped central space with small opened side can effectively prevent and contain airflow in the site offer. The interactive influence between layout of dwelling groups and wind environment are explored, so as to provide basis for the planning design of dwelling groups.