环状悬挑屋盖平均风压与风环境数值模拟

首先对一个较简单的矩形悬挑挑篷进行数值风洞模拟，得到的Baseline雷诺应力模型较适合于悬挑类型的挑篷或屋盖，随后将该湍流物理模型应用到虹口足球场悬挑屋盖中．通过与风洞实验结果的比较，可看出数值模拟方法预测复杂的环状屋盖平均风压是可行的；从数值模拟内场1．5m高度平均风速矢量图结果可知，数值模拟方法预测体育场内的风环境有独特的优越性．最后通过环状悬挑屋盖与单侧、双侧悬挑挑篷数值模拟结果的比较，进一步看出环状悬挑屋盖所受风力的主要特点．     

某低矮模型房屋实测风场和风压的相关性研究

基于台风"菲特"影响下温州某低矮房屋的环境风场实测数据及该建筑物屋盖上的风压实测数据,对于风场特性和屋盖风压特性参数进行了计算分析.分析结果表明:随着平均时距的减小,平均风速最大值增大;湍流度随着平均风速的增大呈逐渐减小的趋势;建筑物屋面及屋面屋脊边缘处的平均风压均为较大的负压且脉动较大;根据风速和风压的变化趋势可以看出,风场风速与建筑物屋盖上风压呈现明显的相关性,进而在不同的时距条件下对风场风速与屋盖风压的相关性进行了分析,发现取5min为基本时距时风速与风压的相关性系数值较高,说明在确定结构的风荷载时取基本时距为5min更为合理.     

基于边界层风洞的下击暴流稳态风场特性数值模拟

针对下击暴流稳态风场模拟问题,基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),首先分别采用二维、三维冲击射流模型对下击暴流风场进行数值模拟,对下击暴流风场特性进行研究.在此基础上,根据下击暴流对桥梁结构作用主要受水平风速影响的特点,采用二维数值模拟方法对边界层风洞中设置倾斜平板模拟下击暴流水平风速风场进行了研究.最后,设计并加工了边界层风洞下击暴流水平风速模拟试验装置,在边界层风洞中进行了下击暴流水平风速风场模拟试验,并将数值模拟结果与试验结果和已有文献结果进行了比较.结果表明:下击暴流风场的二维冲击射流模型模拟结果与三维冲击射流模型模拟结果吻合较好,即二维冲击射流模型是一种有效的下击暴流风场简化模拟方法;在边界层风洞中设置倾斜平板所模拟的下击暴流水平风速风场数值模拟结果和风洞试验结果具有较好的一致性,并与冲击射流模型数值模拟结果和现场实测结果均吻合较好,即在边界层风洞中设置倾斜平板可模拟下击暴流水平风速稳态风场特性.     

台风风场模型适应性研究

基于数值模拟方法进行台风危险性分析去估算重现期极值风速,在国内外已得到普遍采用.进行台风数值模拟依赖于台风风场模型,不同的台风风场模型对同一地区的适应性并不一致.通过阐述几种典型的台风风场模型,并利用台风Betty（87）和York（99）两个台风实测风速和风向记录对这些台风风场模型进行对比验证,为极值风速推断选择适合于我国东南沿海的风场模型.     

福建土楼混合结构抗震性能的数值模拟分析

研究福建土楼外部夯土墙和内部木构架对土楼整体抗震性能的贡献,探讨方形和圆形土楼抗震性能的差异.采用有限元数值模拟方法,选取与福建土楼地质条件相近的两组天然地震波(EL Centro波和Taft波)和一组人工地震波,以圆形土楼承启楼和方形土楼世泽楼为例进行分析.分别对外部夯土墙和夯土-木构架混合结构进行计算,得到在地震作用下的应力、层间相对位移、层间位移角、木结构承受的水平地震剪力等性能指标.结果表明:地震力主要是由夯土墙的惯性力引起的,夯土墙占水平地震总剪力的97.4%;圆形土楼的应力和应变比方形土楼更均匀,空间整体性更好.     

上海铁路南站屋盖结构平均风荷载的数值模拟

基于CFX 5.5软件平台,利用雷诺应力湍流模型(RSM),对处于大气边界层中的上海铁路南站屋盖结构的平均风压进行了数值模拟.计算结果与测压模型风洞试验数据的对比结果表明,数值计算可以较准确地模拟实际结构的平均风荷载.对于此大跨屋盖结构在结构设计中所关心的上部结构风荷载,另建立了与之对应的3种不同密度网格划分的数值计算模型,并将计算得到的风荷载与根据欧洲规范的计算值进行了比较.此外,通过适当降低悬挑部分的高度以研究几何参数变化对平均风荷载的影响,数值模拟结果说明,适当降低悬挑高度可以显著减小悬挑部分的平均风荷载.     

基于多尺度耦合的城市小区风环境大涡模拟研究

随着生活水平的不断提高,人们对小区的居住舒适度有了更高的要求,然而风环境作为城市舒适度的重要评价指标,目前对其研究还存在明显的不足.为揭示城市小区风场的详细分布规律,本文以长沙梅溪湖国际新城为研究对象,利用WRF与CFD软件多尺度耦合的手段,对不同来流作用下梅溪湖小区风环境进行了数值模拟,实现了城市小区风场数值模拟入口边界条件的精细化研究.研究结果表明:地表粗糙度是引起局部风场复杂多样的主要原因;小区风场受局部地物地貌的影响较大,在建筑群的背风侧风速较低,迎风侧风速较大;不同风向角条件下,风速大小受地形影响较大,且在超高建筑群附近,风速容易发生加速效应.     

龙卷风风场的数值模拟研究

基于同济大学研制的龙卷风物理模拟装置,运用数值模拟方法构建了物理模拟器的数值计算模型,并通过对比龙卷风风场的物理试验模拟结果和现场实测结果,验证了数值计算模型的可行性.在此验证基础上,研究了3种不同涡流比条件下的龙卷风风场结构,对比了不同涡流比条件下龙卷风的三维风场速度(切向速度、径向速度和轴向速度)分布形态、风压分布、龙卷风涡核半径和气流脉动特性.研究结果表明:随着涡流比的增大,龙卷风风场最大切向风速逐渐增大,涡核中心气压降明显降低,涡核半径随之变大,涡核中心附近切向风速的标准差变小;涡流比的增大使龙卷风单涡核逐渐破碎,发展到双涡核.     

土楼夯土结构受力变形特性的数值模拟

以福建永定土楼中的九盛楼(方形)及侨福楼(圆形)为研究对象,采用ANSYS有限元软件,对土楼夯土结构建立整体模型,并通过数值模拟对两种典型的土楼进行对比分析.结果表明:夯土墙体的最大应力在材料实测的峰值应力以下,其结构强度符合要求;圆形土楼的位移和应力随厚度均匀分布,夯筑形式更加合理.同时,分析夯土结构的薄弱部位,为土楼的加固和维护提供依据.     

圆形土楼屋盖风荷载的数值模拟分析

采用数值模拟方法,在具有小同坡角和高径比情况下,对圆形土楼的屋盖极值风压系数和净风压系数进行参数分析,探讨屋面坡角和高径比对客家圆形土楼屋盖风荷载的影响采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,建立具有代表性的单体圆楼振福楼的数值风洞模型,得到屋盖极值风压系数和净风压系数随坡角、高径比变化的分布曲线.结果表明,综合考虑...     

基于YanMeng模型模拟台风的初步探索

利用风场模型对台风进行数值模拟得到极值风速这一方法已被广泛应用.首先详细介绍YanMeng风场模型物理模型及数值解法;着重强调该模型中的两个随机参数:Holland参数B、等效粗糙长度z_0,讨论了它们对气压场及风速的影响程度,并给出相应取值方法;最后以YanMeng风场模型作为技术背景,根据厦门气象局提供的实测台风数据对台风DAN进行数值模拟,得到梯度风场以及台风影响下厦门地区表面风速,以证明YanMeng 风场模型的可行性.     

基于计算流体力学的体育馆风驱雨环境数值模拟分析

实际大气边界层近地面风驱雨效应会影响开敞体育场建筑外立面挡雨设计和观众看台舒适性,在方案设计阶段应用计算流体力学技术可以为该类建筑挡雨设计提供分析支撑。采用欧拉-欧拉多相流计算模型,针对实际开敞大跨悬挑体育场馆建筑开展了风雨环境三维数值模拟分析,重点研究了不同等级风力和主导风向对悬挑屋盖建筑外立面风驱雨强度特征影响,分析了不同粒径雨滴风驱雨作用下观众看台区域的等效覆雨面积指标。研究表明,考虑风驱雨作用后体育场馆看台区域的雨滴捕获率可达到1.2,超过仅考虑垂直降雨的雨滴捕获率;风向和风力等级对体育场馆观众看台的风驱雨强度分布规律影响较大,而降雨强度对观众看台位置的单位降雨量雨滴捕获率影响较小;建议在方案设计阶段通过风驱雨数值分析方法评估主导风向风速下建筑风驱雨强度,同时评估最不利风向的建筑遭受的整体单位时间降水量。研究可为同类型体育场馆建筑抗风雨设计提供相关技术参考。     

台风风场研究及其数值模拟

对近年来台风风场研究及其数值模拟方法作了论述.阐述了浮标和地面台站观测、飞机侦察、雷达卫星高空观测等台风观测手段;阐明了简易参数分析模型、定常动力学模型、非定常动力学模型、运动学模型等台风风场模型;分析了既有风场模型对我国东南、华南沿海海域台风风场模拟的适用性,又论述了基于台风内各站点、基于台风影响区域、台风全路径等极值风速预测研究手段.最后,展望了台风风场数值模拟的发展趋势和需解决的问题.     

台风风场与B类风场作用下输电塔风效应对比研究

在边界层风洞中开展了台风风场与B类风场条件下某角钢输电塔气弹模型试验,采用谐波合成法模拟了不同高度的风速时程,在时域内进行了输电塔结构风致响应计算,对比研究了两类风场条件下的风致响应与风振系数.研究结果表明:输电塔风致加速度响应随着来流风速的增大而明显增大,台风风场条件下加速度响应更为剧烈,比B类风场条件大约20%～30%;B类风场条件下风振系数为1.59,台风风场条件下达到1.85,总体增幅达到16%;数值模拟结果与风洞试验结果较为吻合.因此,台风多发地区的输电塔设计应考虑台风高湍流引起的动力风荷载增大效应.     

风电场复杂地形效应的数值模拟及微观选址

以复杂地形风电场微观选址问题为背景,通过对孤立山丘、断崖和山谷复杂地形的数值模拟,研究坡度和粗糙度对不同地形的风场影响,并在数值模拟结果的基础上进行了风场的微观选址分析.通过对三种不同地形模型进行数值分析,在坡度越大时山顶处的风速就越大,粗糙度越大风速就越小,并容易产生回流区.对于山丘模型,在背风面坡脚处湍流强度最大,风机应选址在山顶或半山坡以上;对于断崖模型,在山顶处湍流强度最大,风机适宜选址在坡顶和坡顶水平后方;而对于山谷模型,在谷底处湍流强度最大,风机适宜选址在坡顶处.     

建筑物对屋顶风场的影响

目前,高层建筑台风风场实测的主要方法是在其顶部上架设风速仪获得相关数据,但高层建筑物顶部的风场将受到其本身的影响,而且其影响程度会随着风速仪架设的位置和来流方向的不同而发生变化。通过数值模拟和风洞试验模拟实测时的边界层风场,分析高层建筑对周边风场的影响,对比风向角变化时建筑物顶面风场在两种方式的吻合情况。研究得出建筑物顶面的风速随高度增加影响逐渐减小,确定了高层建筑风场实测时风速仪架设的高度和最佳位置。通过谱合成法生成入口条件,进行大涡模拟并研究了高层建筑对于本身风场的影响及与未受干扰的来流风场之间差别,为相似建筑的现场实测提供参考。     

多幢高层建筑间风场数值模拟和风灾分析

基于Fluent 6 软件平台,对上海市某住宅小区多个高层建筑的风场进行三维数值模拟研究.首先采用英联邦航空咨询理事会(CAARC)标准模型进行可行性验证,然后对该小区风场及建筑物的风场进行了数值模拟,发现并分析了该实际建筑规划中的"喇叭口"风效应.最后,讨论了街区群楼间高度、风向、风速及建筑布局等因素的改变对风场和荷载的影响.研究表明,合适改变建筑布局、增大间距以及高度差能有效减小风荷载.     

大跨度桥梁近距离拉索风载作用的数值模拟

为了研究大跨度桥梁中近距离并列拉索在脉动风场下的响应,建立桥梁并列拉索三维实体数值模型,采用MATLAB软件模拟随机脉动风场并导入流体力学计算软件Fluent中,选择计算精度较高的重整化群组理论(RNG)k-ε湍流模型作为计算模型,对近距离并列拉索的3种不同高度处风压分布和风速分布进行数值分析。结果表明:风压力随着高度的增加而增大,在上游拉索前端正压力最大,两侧负压力最大;最大风速出现在两索之间,在下游拉索后端不断减小,随着高度的不同,风速变化呈现规律性;在上游拉索和下游拉索之间区域的风速出现紊乱现象,主要原因是拉索距离较近,两索之间相互影响效应比较明显。     

随机风场空间相干性研究

提出了一种描述随机风场空间相干特性的相位差谱模型,可用于大范围随机风场模拟.经典理论中一般采用相干函数来描述空间风场相干特性.研究发现,相干函数只是二阶数值特征,远不能描述两点脉动风速相干特性的丰富概率信息.研究表明,Fourier相位差谱可以对脉动风速时程的相干特性进行全面的描述.基于对影响相位差主要因素的分析,提出了相位差谱的基本模型.通过与实测相位差谱的比较,验证了所提模型的合理性与适用性.应用该模型进行了风场模拟,效果良好.     

复杂山区水库蓄水影响下的库区桥址风特性数值模拟研究

以某复杂深切峡谷大跨度悬索桥为工程背景,构建桥址区水库蓄水后的地形数值模型,对桥址区进行区域地形风场数值模拟研究.通过36个不同来流工况的对比分析,探讨水库蓄水后的主梁平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流风向下的变化规律.研究表明,山区库区桥址风场特性分布比较复杂:主梁横桥向平均风速随来流风向变化较大,主梁出现较大负攻角效应;典型工况下横桥向风速沿主梁由北岸向南岸递减;多数工况下,桥址区风剖面分布复杂,远不同于常规指数律;桥位出现较明显的峡谷风效应,风速放大系数最高达1.06.研究结果为水库库区大跨度桥梁的抗风设计提供一定的依据.