基于大涡模拟的平屋顶槽式聚光器组风压分布研究

通过大涡模拟对屋顶槽式聚光器组的风压分布规律展开研究，并将数值模拟结果和风洞试验结果进行对比，验证了大涡模拟结果的准确性.对9个平屋顶聚光器组成的镜群在0°仰角工况下的风压分布进行模拟，得到平屋顶聚光器组在不同风向角下的最不利位置及其风压系数的分布规律. 结果表明，正风向下，屋顶靠近来流风上游的一排聚光镜承受了绝大部分的风荷载，中间及后排的聚光镜风压系数为前排的8.75%；斜风向下，后排聚光镜的最大风压系数为前排聚光镜的17.6%；屋顶的角落位置为聚光器组的最不利位置，所得结论可为平屋顶槽式聚光器的群组结构抗风设计提供理论依据.     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

几种实体女儿墙对低矮房屋平屋顶风荷载的影响

利用CFD软件CFX10,采用SSTk-ω模型和结构化网格对一平屋顶低矮房屋表面平均风压进行了数值模拟,结果跟实测以及风洞实验的数据吻合得较好,在此基础上模拟了4种带实体女儿墙的平屋顶低矮房屋屋顶风压.结果表明,4种女儿墙都能较好地减小屋顶角部的峰值负压.     

太阳能定日镜结构风载体型系数风洞试验研究

对定日镜模型进行了风洞试验研究,分析得到镜面板风压系数随风向角的变化规律;绘出了不利工况下的平均风压系数等值线图,清楚地显示出镜面板不利风载下的风压分布特征;进一步分析得到镜面板24个单体板块的平均净风压系数极值及分布,将分析得到的风载体型系数结果与建筑规范和相关文献所提供的结果进行对比.对比结果表明,所得结果可为定日镜结构的抗风设计提供参考依据.     

大型机库屋面风荷载特性研究

通过风洞模拟实验对某大型机库平面屋顶风荷载进行了研究。结果表明,在一定风向角下屋面出现的单个或一对锥形涡流动结构诱导的局部极大负压峰值是导致屋面破坏的主要原因,女儿墙能稍微减小屋面的风压分布。分析了由于锥形涡引起的屋面平均风压和瞬时脉动风压的特点及其相互关系,讨论了实验获得的脉动压力和按规范计算的差别和原因。     

基于MIDAS/Gen的槽式聚光器结构模态分析

针对槽式聚光器结构优化问题,根据张家港试验基地槽式聚光器实体装置,基于MIDAS/Gen建立槽式聚光器三维有限元模型,采用Lanczos模态计算方法,进行各角度工况下模态分析,得到槽式聚光器在不同工况下的结构模态特征.对槽式聚光器装置进行动力特性测试,测点布置在结构的多个位置,传感器主要布置在聚光镜的镜面中心位置.现场实测过程中选用优泰公司的软件和设备——动态信号采集系统、传感器以及采集仪等试验设备和装置,获取各测点的有效数据,通过优泰软件对原始数据进行处理,得到槽式聚光器装置的动力特性.将数值计算结果与原型实测结果进行对比验证,验证结果表明:本文建立的槽式聚光器三维有限元模型能够较好地模拟现有槽式聚光器结构,能够用于槽式聚光器的静态分析及结构优化分析研究,可以为进一步提高槽式聚光镜组的聚光效果和降低成本提供参考.     

基于相似理论的太阳能聚光器风载荷模拟与实验

基于相似理论建立了槽式太阳能聚光器(PTSC)的相似模型并对其进行Fluent数值模拟、实验研究以及理论分析。首先,建立了全尺寸模型与相似模型之间的力与压强的相似关系;然后,对风场中的相似模型在各个风速以及仰角下的风压进行模拟计算以及分析;最后对风场中相似模型受到风压的情况进行风洞实验测试验证模拟结果。模拟与实验结果表明,模拟计算结果与风洞实验结果具有很好的吻合度,平均误差为16.7%,说明计算模型较准确,可对小型聚光器风载荷结果进行相似处理后即可得到大型聚光器风载荷分布特性。     

基于大涡模拟超大型冷却塔施工期 风荷载时域特性分析

现有冷却塔风荷载研究成果均忽略了施工期的影响,以国内在建世界最高220 m超大型冷却塔为对象,基于大涡模拟(LES)方法获得了施工期冷却塔周围流场信息和三维气动力时程,并将成塔平均风压分布结果与规范及实测曲线进行对比验证了数值模拟的有效性.在此基础上,对比分析了冷却塔施工期平均风压分布规律和流场特性,并基于不同工况下冷却塔周围速度和涡量变化提炼出施工期流场特性与作用机理,揭示了施工期冷却塔脉动风压、极值风压、升/阻力系数及测点间相关性的分布规律,最终基于非线性最小二乘法原理给出了随高度变化的极值风压拟合公式.研究结果表明,端部效应的影响使冷却塔负压极值随施工高度增加由-3.91升至-1.75后降至-2.28,升力系数随施工高度增加逐渐减小,而阻力系数呈先减小后增大的趋势,脉动风荷载的相关性随高度变化先增强后变弱.主要结论可供此类大型冷却塔施工期设计风荷载取值参考.     

利用旋涡发生器减小大跨方形平屋盖风吸力的实验研究

在强风作用下,屋盖作为风敏感部位往往最先发生破坏,如何抑制屋盖上的极值负风压是保障大跨建筑抗风安全的关键。基于此,提出一种简单有效的新型屋盖抗风气动措施。在平屋顶屋檐处安装旋涡发生器(PVG),通过旋涡发生器的扰流作用来减小屋盖极值风压。采用风洞测压试验研究在不同风向角下PVG对屋面极值风压的气动控制效果,分析PVG对屋顶流场结构的影响并探讨PVG的工作机理。研究结果表明：PVG可以有效减小平屋盖屋面极值风压,尤其在倾斜风向角下的减压效果显著。在最不利风向角下,屋盖极值风压最大减小幅度可达73.3%。相对于长度来说,PVG高度对屋面风压的影响更明显,较密的安装间距和适宜的安装角度可以更好地降低屋盖风吸力。在安装PVG后,屋盖锥形旋涡的涡核位置和再附位置发生改变,屋顶风压低频部分能量占比大幅度减少,脉动能量减弱,大尺度旋涡减少,而小尺度的湍流造成的脉动能量成分增加。     

表面粗糙度对超高层建筑风荷载与风振响应的影响

为了研究表面粗糙度对高层建筑风荷载与风振响应的影响,选取粗糙条、砂纸两种改变模型表面粗糙度的方法,进行方形建筑刚性模型同步测压风洞试验,获得不同粗糙度工况下模型的表面风压分布特征,在此基础上分析了其气动力系数、气动力功率谱和风振响应.研究表明:高层建筑的表面风荷载与粗糙条的间距、厚度有一定的关系,在突出系数小于0.4%时,影响不明显;砂纸可明显减小中间层迎风面的平均风压、侧风面和背风面的平均风压绝对值,以及脉动风压,但会增大顶部迎风面的平均风压和负压区的平均风压绝对值(影响率均在25%以内);表面粗糙度对顺风向气动力功率谱的影响较小,但会使横风向漩涡脱落的周期略降低(5%以内),涡激力减小.建筑物表面的局部突出在一定范围内可略减小建筑风荷载和风振响应,建筑物表面的粗糙化处理总体上有利于结构抗风.     

大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG(discretizing and synthesizing random flow generation)模拟风场实际的湍流边界条件.采用一种新的大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)的亚格子模型,基于linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术,计算了长沙机场扩建航站楼屋盖结构在5个风向下的风荷载.根据对机场屋盖的平均风压和脉动风压系数分布规律的分析,给出了各风向角下屋面的表面风压分布特性和最不利风向角,为长沙机场扩建航站楼的抗风设计提供了依据.并为进一步发展此类复杂建筑结构在复杂湍流环境下的风荷载数值风洞技术提供参考.     

用数值模拟方法确定跨音速风洞几何参数

用多块搭接网格技术及雷诺平均N-S方程数值模拟跨音速翼型风洞流场,着重研究了不同驻室高度、不同引射缝高度以及实验段上下壁不同开闭比对风洞马赫数分布的影响,并研究了实验段上下壁干扰对翼型测压实验的影响,通过计算得到了最优的驻室高度、引射缝高度以及最优开闭比。计算结果表明,不同的驻室高度和引射缝高度对实验段马赫数分布有很大影响;而实验段上下壁开闭比对风洞实验段的阻塞度有很大的影响,随着开闭比的逐渐增加,翼型上的激波位置也逐渐向前移动,只有在合适的开闭比下,翼型的激波位置和压力峰值才与无干扰结果一致。研究结果对风洞建设和性能改进有一定的参考意义。     

大跨屋盖风压场的本征正交分解与重构适应性研究

对3类典型屋盖(封闭式方形平屋盖、封闭式曲面屋盖和开合式曲面屋盖)进行了刚性模型风洞测压试验,分析了典型风向角下的平均及脉动风压系数分布.利用POD方法对3类屋盖的风压场进行了分解,并对平屋盖风压场进行了POD重建.结果表明:斜风向封闭式平屋盖的POD分解性能最优,开合式曲面屋盖次之,封闭式曲面屋盖最差.3类屋盖的第1...     

周边建筑对低矮建筑平屋盖上风压的干扰效应

通过刚性模型测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的低矮建筑表面风压系数进行了测量,分析了周边建筑的建筑面积密度对目标建筑平屋盖风压系数分布状态的影响规律.试验结果表明:当低矮建筑被同外形、同高度的周边建筑包围时,随着周边建筑面积密度的增大,被包围建筑屋盖上斜风导致的锥形涡将逐渐消失,屋盖上不同部位的负风压极值将逐渐减小并趋于均一;当周边建筑面积密度分别为0.1,0.3和0.6时,被包围建筑屋盖上的最大负风压可分别减小为孤立建筑的80%,30%和20%.     

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素研究

掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。借助采用大涡模拟（LES）的方法,对低矮建筑非定常绕流进行了大涡数值模拟研究,分别分析了不同运算时间、建筑物不同高度处及不同风速因素,对低矮建筑非定常绕流特性的影响。结果表明：（1）随着时间的增加,建筑物迎风侧的速度和压力均增大,背风侧的压力出现了负值,速度最小值出现在背风侧的涡中心位置;（2）随着建筑物高度逐渐增加,涡的位置逐渐向上偏移,由于风速比较均匀,当遇到建筑物时,在建筑物迎风侧,速度流线会形成一种上升的趋势,背风侧的压力逐渐增加;（3）随着风速的增加,建筑物的背风侧出现了大涡且速度逐渐增大,背风侧的压力最小值逐渐减小。     

杭州黄龙体育中心网球馆可开启屋盖的风洞试验

杭州黄龙体育中心网球馆屋盖属于可开启结构,部分屋盖可沿平行轨道滑动,结合该主体结构的抗风设计要求制作1∶100的刚性模型,进行了结构表面平均风压和脉动风压分布的风洞试验.分析了在不同风向角时关闭和开启屋盖状况下的风压分布.为了便于结构设计,根据实际情况对屋面进行分区并给出相应的分区风压数据,并依据各风向角下的风压分布特征,得出整体结构的抗风设计依据值.     

碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

某会展中心风洞试验研究

通过对某会展中心北侧两个大跨波浪形悬挑屋盖的风洞试验研究,讨论了典型风向下屋盖的平均风压分布,同时对全风向角下屋盖平均风压、脉动风压与极值风压的分布进行了研究,并进一步探讨底部开敞对悬挑屋盖风荷载的影响。试验研究表明:屋盖整体以负压为主,除在迎风向的屋盖悬挑区域外,其他区域风压较小;屋盖局部特殊的体型可能产生"兜风效应",从而显著增大风压;而底部开敞造成的"窄管效应"会显著增大开敞区域的风荷载,同时由于底部开敞减弱了气流的堵塞作用,使屋盖上表面风吸力有所减弱,对下表面风压力影响不大;总体而言,屋盖悬挑端在迎风向的体型系数基本在-1.5至-1.8范围。