雷诺数对不同圆角率3∶1二维矩形柱体气动力的影响

在低紊流度的均匀流场中对4种圆角率(R/D=0,5%,10%,15%)的3∶1二维矩形柱体模型进行了刚性模型测压试验.试验雷诺数的变化范围为1.1×105~6.8×105,通过风压时程积分的方法获得了模型的气动力系数时程.研究了4个模型的气动力系数及其功率谱随雷诺数的变化规律.研究表明,圆角率为R/D=0和5%的模型的平均阻力系数随雷诺数的增大而增大,而圆角率为10%和15%的模型的平均阻力系数、均方根阻力系数和均方根升力系数随雷诺数地增大出现了明显地跳跃.圆角率为R/D=0和5%的模型的气动力系数功率谱曲线随雷诺数的变化较小,但圆角率为10%和15%的模型的气动力系数功率谱曲线呈现了明显的雷诺数效应.此外,3∶1二维矩形柱体模型的Strouhal数随着圆角率的增大而增大.     

二维矩形截面柱体气动力系数雷诺数效应

在TJ-2风洞中,测量了5种截面宽厚比(B/D为2.0,2.5,3.0,3.5和4.0)的二维矩形截面柱体的表面风压时程,雷诺数(Re)的变化范围为1.1×105~6.8×105,然后通过风压时程积分的方法获得了模型的气动力系数时程.研究了各模型气动力系数的雷诺数效应,分析了模型的平均阻力系数随截面宽厚比的变化规律,并与以往的研究成果进行了对比,最后分析了各模型的气动力系数功率谱随雷诺数的变化规律.研究表明,宽厚比2≤B/D≤4的二维矩形截面柱体的气动特性受雷诺数的影响,且随着截面宽厚比的增大,二维矩形截面柱体模型的气动特性对雷诺数越来越敏感.尾流区的旋涡脱落对模型顺风向脉动风荷载有一定程度的贡献,但横风向升力主要来源于尾流的漩涡脱落.     

超高层建筑风压的幅值特性

对方形、矩形、三角形及Y型等10个典型的超高层建筑模型进行了细致的风洞试验，获得了模型表面的平均风压和脉动风压系数．详细讨论了风场和风向角对风压系数空间分布（不同高度分布，同一高度不同侧面上不同测点的风压分布等）的影响．结果表明：建筑物迎风面处于正压区；而侧面和背风面是负压区；D类风场的平均风压系数和B类风场中相近，但根方差风压系数要大很多；迎风面的平均风压系数随高度变化基本服从2α分布；三角形和Y形模型的风压系数小于方形和矩形模型．     

表面粗糙度对双曲冷却塔风压分布的影响

对不同粗糙条参数组合下冷却塔风压分布进行测试,分析粗糙度对平均风压和脉动风压的影响.研究结果表明:粗糙条宽度b对风压分布影响较小,而粗糙条高度k和数量n影响较大;粗糙度系数k/s能较准确描述粗糙度大小,当k/s一致时,不同粗糙条数量n与高度k组合下的平均风压基本一致,但高度大的脉动风压小;粗糙度对正压分布和背压大小影响较小,而最小负压系数幅值、脉动风压系数峰值随粗糙度的增大而减小,背压稳定区宽度则略有扩大;尽管通过增大模型表面粗糙度能有效地在较低雷诺数条件下实现高雷诺数下的平均风压分布,但脉动风压模拟的准确性需要通过大型冷却塔风压实测进行验证.     

柱面壳体表面风压分布特性风洞试验研究

基于刚性模型的风洞试验，在不同风攻角及场地条件下，对考虑不同长跨比的柱面壳体表面风压分布进行了同步测量-根据测量结果对壳体表面风压场特性进行了分析，包括风压系数、整体风力系数、脉动风压自功率谱及互功率谱、风压场本征正交分解特性、雷诺数对壳体表面风压分布的影响等．结果表明，此类曲面模型表面风压分布受雷诺数影响明显，且模型曲面特性使得风场本征正交分解的前几阶特征模态对整个风压分布的贡献增大．     

典型高层住宅建筑风压分布特性的试验研究

在大气边界层风洞中对某高层住宅建筑模型进行了风压分布风洞试验,分析了单体及受扰后建筑表面风压的分布特性.结果表明:凹形立面同高度处风压的相关性高,双层悬挑屋檐中,上层受负风压控制,下层受正风压控制,顶部玻璃挡板也受正风压控制;建筑物的风压分布受周边建筑及地形的干扰后产生较大变化,尤其是1倍于干扰物高度范围内,脉动风压的...     

波浪形斜拉索的气动力及风致振动特性

斜拉索的风荷载和风致振动问题在工程设计和抗风研究领域备受关注，探索具有 较小气动力和良好抑振性能的新型斜拉索十分必要 . 针对某一特定几何尺寸的波浪形斜拉 索，通过风洞试验方法，研究了该波浪形斜拉索的整体气动力、风压分布、局部气动力、涡激振 动和干索驰振特性. 结果表明：在1.00×105~3.86×105 的雷诺数范围内，波浪形斜拉索的平均阻 力系数总体而言小于标准斜拉索，在低雷诺数范围可减阻 18%，最大平均升力系数相比标准 斜拉索可降低 80%；波浪形斜拉索的风压分布、气动力随雷诺数的整体变化规律与标准斜拉 索相似，但展向相关性较弱；波浪形斜拉索的涡激振动性能显著优于标准斜拉索，最大振幅降 低34%，最大振幅对应的风速提高了16%；干索驰振性能与标准斜拉索的结果相当，最大振幅 可减小5%，但发生振动的风速范围更宽.     

等高双方柱平均风压的阻塞效应

基于同步测压技术,在均匀流场中研究了等高双方柱在3种不同布置情况下平均风压的阻塞效应.群体建筑投影面阻塞度的变化范围为2.7%~10.0%.风洞试验结果表明,在均匀来流中,群体建筑平均风压系数的阻塞效应和单体建筑的较为相似,阻塞效应对模型迎风面平均风压的影响可以忽略;但侧面和背风面平均负压随阻塞度增加显著增大.此外,基于风洞试验结果拟合了平均风压修正公式中的阻塞效应调整因子.对比单体建筑,群体建筑的阻塞效应调整因子更小,阻塞效应更加复杂.     

数值风洞的工业厂房屋面体形系数分析

结合低层工业厂房风荷载及抗风性能的研究,采用基于计算流体动力学技术的数值风洞方法,应用Fluent软件中的Spalart-Allmaras湍流模型,对不同高度厂房周围的风场和表面风压进行了数值模拟,得出屋面风压分布、风载体形系数以及整体结构表面的风压分布.分析了厂房高度对屋面风压分布和体形系数的影响,对不同高度封闭性厂房结构风灾作用后的受损部位进行分析.研究表明,侧壁不通风厂房在迎风面上较容易遭受正压力引起的压坏;在屋面的前缘和屋顶处容易遭受负压力引起的掀起破坏;侧面和背面的负压力较小,不容易产生破坏.     

大型户外独立柱广告牌风压分布特性

通过风洞试验,测量三面板和双面板两种独立柱广告牌模型的面板表面风压,研究其分布规律.讨论面板表面平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性及随风向角的变化,以及面板表面典型测点脉动风压的频域特性.结果表明:各块面板表面的平均风压系数绝对值均随风向角的增加而逐渐减小;对于背风面板,面板边缘附近的平均风压系数绝对值及脉动风压系数要比面板内部区域大;在各个风向角下,单个面板两表面均存在风压的叠加或抵消效应;迎风面板外表面的脉动风压主频低于背风面板外表面脉动风压的主频,能量也较小,各块面板的内表面脉动风压频带均较宽,能量更小;广告牌立柱对于面板表面局部风压系数的影响较大.     

典型双坡屋面风压分布特性风洞试验研究

通过表面压力测量风洞试验对低矮建筑的4种典型双坡屋面上的风压分布规律进行了研究.讨论了屋面和挑檐部分的平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性,风场湍流强度对屋面脉动风压分布的影响,以及不同挑檐类型对双坡屋面风压空间分布的影响.试验结果表明:在屋脊及屋面边缘附近的平均风压系数绝对值要比屋面内部区域大;脉动风压系数随湍流度增大而增大,一般在迎风屋檐附近比较大;挑檐形式的改变仅对局部风压系数的影响较大,对整体风压系数的影响较小.这些结论为低矮建筑风荷载规范条文的修改提供了参考.     

工程结构雷诺数效应的研究进展

工程结构的雷诺数效应一直是风工程界关注的重要基础问题.随着建筑高度的增加和桥梁跨径的增大,抗风研究要求更为精细化,因而在研究中考虑雷诺数效应就更显重要.为此,归纳了国内外有关圆形和矩形结构以及桥梁模型抗风研究中的雷诺数效应的基础研究成果及其工程应用成果,涉及的内容主要包括建筑物的平均风压、静三分力系数和Strouhal数的雷诺数效应;还讨论了脉动风压和脉动风力的雷诺数效应;总结了在低雷诺数风洞中模拟高雷诺数效应的措施,这些措施包括改变模型表面粗糙度和增大来流湍流度.最后,对今后的相关研究方向提出了一些建议.     

雷暴冲击风作用下双坡屋面风压分布

为了研究雷暴冲击风作用下双坡屋面的风压分布,建造了用于建筑风工程的射流风洞,并对低矮建筑的双坡屋面进行了测压试验.试验装置的气动测试表明,风场的风压分布和风速剖面与理论结果吻合良好,射流风洞可用于雷暴冲击风荷载的相关研究.然后,采用刚性模型的射流风洞测压试验研究双坡屋面的风压分布,为了使研究结果具有代表性,针对15°,30°和60°三种典型的屋面坡角制作刚性屋面模型,试验得到了模型在风场不同位置时的风压分布.试验结果表明:建筑物位于雷暴冲击风场中心附近时,屋面风荷载为较大压力,较常规风荷载更为不利;建筑物远离风场中心时,3种屋面的雷暴冲击风荷载与常规风荷载比较接近.     

体育馆屋盖的风洞试验研究和数值计算

对一系列不同倾角的体育馆悬挑屋盖进行了风洞试验;模型比例为1:50,在屋盖上下表面安装128对测压管,在同步测压的基础上,我们获得每个测点的风压时程,通过对试验数据的处理,分析平均风压和脉动风压的产生机理.试验表面明,风压分布是受屋盖表面的气流流动分离所影响的.同时,对这种形式屋盖进行计算分析.     

二维方柱绕流阻塞效应的大涡模拟

在均匀流条件下对阻塞比(R)分别为4.2%、10%、16.7%、20%和25%的二维方柱绕流进行了大涡模拟(LES)研究,对比了各工况下柱体的整体气动力和表面风压分布随阻塞比的变化规律,分析了阻塞比对柱体附近区域内流场特性和瞬时涡量的影响.研究表明,当阻塞比由4.2%增大到25%,柱体的平均阻力系数、脉动升力系数和Strouhal数分别增加了27.6%、43.6%和31%.随着阻塞比的增大,侧面及背风面负风压系数的均值绝对值以及脉动值均显著增加,柱体两侧附近流场特性也有明显的变化.在大阻塞比工况中,洞壁附近会生成二次旋涡,并与柱体脱落的旋涡相互掺混.     

不同湍流边界层中高层建筑模型气动力特性

在模型高宽比(H/d)为5,基于来流风速U_∞与模型宽度d的雷诺数Re_d=6.0×10~4时,通过风洞试验研究2种湍流边界层中正方形截面高层建筑简化模型的气动力特性,并对模型表面脉动风压进行本征正交分解法(POD)分析。研究结果表明:湍流边界层中模型时均阻力系数■的最大值出现在自由端附近,脉动升力系数C_1'的最大值出现在模型中间高度附近。不同湍流边界层中模型侧面中间高度处平均风压系数■与脉动风压系数C_p'的分布差异较大;在湍流度较小的工况C中,脉动升力的周期性较强,两侧风压脉动由反对称状态主导;在湍流度较大的工况A中,模型侧面可能出现间歇性再附,两侧风压脉动转变为对称状态主导,脉动升力减小,且周期性减弱。     

单塔和双塔情况下大型冷却塔的表面风压研究

针对大型冷却塔在单塔和双塔情况下的表面风压分布,应用风洞试验方法进行研究,采用增加模型表面粗糙度的方法来补偿模型试验的雷诺数效应,通过与以往成果的比较以确定合理的粗糙度,进行变风向角和塔间距工况的双塔干扰试验.研究表明:模型表面粗糙度对冷却塔外表面风压系数有较大影响;双塔串列时前塔对后塔的影响远大于后塔对前塔的影响;斜列时可根据前塔对后塔的干扰程度并按风向角划分为3个区域.同时给出典型塔间距下考虑风向角因素的后塔体型系数包络线,供设计参考.     

不规则柱体绕流的数值研究

为研究不规则柱体绕流的流体力学特性,介绍了国内外柱体绕流研究的相关进展与研究方法,然后运用数值模拟软件STAR-CCM+建立了4个二维模型,并在雷诺数Re=8×10~5和3.6×10~6两种情况下进行了数值模拟。通过对比普通圆柱体绕流和改变截面形状后的柱体的绕流效果,发现不规则柱体对绕流产生了一定的影响,能够延缓尾涡的脱落,效果显著。     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

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.