湍流模型对建筑物风荷载体形系数数值模拟的影响

数值风洞模拟要想获得理想的计算精度,依赖计算人员的理论基础及其在具体操作中对各种重要因素的选择。针对这个问题,采用现行《建筑结构荷载规范》作为比较标准,运用FLUENT软件,以正方形平面封闭式房屋的风荷载体型系数的数值模拟为例,重点讨论了湍流模型对数值模拟结果的影响,为合理使用数值风洞方法提供参考。     

计算网格与湍流模型对柴油喷雾多维数值模拟结果的影响

为探明柴油喷雾数值模拟的影响因素，用CFD多维数值分析软件研究了柴油喷雾的油束特性．计算结果表明，网格的划分直接影响计算结果的正确性和油束的几何形状．建立计算网格时，要注意网格均匀一致，避免网格密度突变；特殊几何形状壁面附近局部贴体坐标网格的范围不宜太大，否则会引起计算结果的畸变．对不同湍流模型的计算试验发现，RNG κ-ε湍流模型计算精度高、成本低，适合于柴油机缸内喷雾的数值模拟。     

近壁面网格尺寸对湍流计算的影响

采用不同的网格划分策略,利用FLUENT软件对长直圆管管内湍流进行数值计算.计算结果与半经验理论曲线的比较和分析表明,降低网格渐变率、提高径向网格数目以及调整壁面层网格的y 值均能够有效改善计算结果的精确性,而y 在其中起主要作用.针对同一网格划分策略,改变边界条件对计算结果精确性的影响相对较大,而改变模型引起的影响则相对较小,因此,不同边界条件应采取相应的网格划分策略尤其是选择合适的近壁面网格尺寸.     

建筑数值风洞的基础研究

假设计算区域的上空面和二侧面为自由边界，地面和建筑物的各面为壁函数的边界，计算网格为３６×３０×２７，构造１０ｍ×１０ｍ×１０ｍ建筑数值风洞，采用ｋ－ε湍流模型，对该数值风洞进行了风绕流数值计算。得到了建筑表面压力分布及建筑周围速度矢量图，与实验结果比较表明，该数值风洞是可行的。     

不同网格尺寸下三种湍流模型数值模拟方柱绕流的比较

本文利用有限体积法采用Fluent软件对方柱绕流流场进行了全面数值模拟。影响钝体周围流场的数值模拟结果的因素主要有四种计算区域的尺寸、计算网格的大小和分布、离散格式的精度阶以及湍流模型。本文考虑了三种湍流模式(标准k-ε模式,RNGk-ε模式,realizablek-ε模型)对计算结果的影响,给出了数学模型和计算结果,并与实验数据进行了比较,旨在考虑不同模型计算结果的差异;同时对每种模式采用了五种不同的网格大小尺寸,比较了近壁面网格尺寸大小对计算结果的影响。结果表明,网格太粗或太细都影响结果的正确性,因此必须选一种合适的网格尺寸。     

涌潮CFD数值模拟若干问题探讨

为了探究现有不同方法生成涌潮的区别,研究涌潮模拟过程中网格划分及湍流模型选择等求解策略问题,应用CFD数值模拟方法对流量生潮法和边界生潮法生成的涌潮水动力特性进行对比,同时分析了网格尺度、湍流模型选择对涌潮模拟精度的影响。研究结果表明:在边界单宽流量一致的条件下,流量生潮法和边界生潮法可模拟得到水位变化、流速分布及传播速度均比较接近的涌潮水流; 当网格尺寸不大于0.100倍涌潮高度时,网格尺度对计算结果的影响基本较小;相比标准k-ε湍流模型,RNG k-ε模型更适合于涌潮的模拟。     

体育中心馆风压分布的数值模拟

利用计算流体动力学分析软件FLUENT6.2,采用RNGk-ε湍流模型对某体育中心馆建筑物表面平均风压进行了数值模拟,并阐述了数值模拟时涉及的计算流域确定、网格划分、边界条件选取、求解参数和收敛标准设置等问题,给出了这一大跨度拱形屋盖结构考虑周边主要建筑情况下的风压分布特性,分别对0°和90°风向角时数值计算结果与风洞试验结果进行了比较,阐述了两者的异同,两者结果较为一致.验证了数值模拟方法在确定大跨度建筑的平均风荷载时是可行的.     

旋转弹丸在复杂激波影响下气动特性数值模拟与分析

为了提高线膛发射武器的射击精度,研究复杂激波系对旋转稳定弹丸气动特性的影响.通过划分局部加密的网格,采用k-epsilon双方程湍流模型求解可压缩的三维Navier-Stokes方程,数值模拟和分析旋转弹丸在复杂激波影响下的气动特性变化规律.数值模拟的结果与SOCBT( Secant ogive cylinder boat tail)弹丸风洞实验数据相吻合,验证了计算模型与方法的合理性和可靠性.数值分析旋转速度、攻角、来流马赫数等对弹丸气动特性的影响,通过耦合内弹道过程,数值模拟和分析不同旋转速度对内弹道后效期内弹丸速度增的影响规律.     

基于网格数值耗散修正的圆湍射流模型

基于民用机舱内个性通风口,以圆湍射流作为研究对象,以标准κ-ε湍流模型较精细数值模拟与实验对比结果为出发点,通过对粗网格下数值结果的分析,针对网格尺度增大导致计算中数值耗散相应增大、射流速度沿轴向和径向衰减过快问题,从湍流耗散率方程出发,对影响湍流耗散的生成项和耗散项进行修正,平衡因网格尺度产生流动衰减过快的因素,进而提出了耗散率修正的κ-ε湍流模型.采用该修正模型验证了不同雷诺数和非等温条件下射流的适用性.应用修正的湍流模型可以避免机舱内大尺度空间流动对网格的苛刻要求,明显减少网格总数,同时达到对舱内复杂结构和边界条件下流场特征的正确模拟.     

建筑室外风环境数值模拟的湍流模型比较

对日本建筑学会提供的室外无污染物扩散和有污染物扩散的建筑风洞实验模型,采用15种湍流模型分别求解其室外流场,通过模拟结果与风洞实验结果的对比分析,确定建筑室外风环境数值模拟所用的最优湍流模型.结果表明,Suga三次式高Re k-ε模型对风场和浓度场的求解具有很高的精度,是最优的模拟室外风环境的湍流模型,不足之处是该模型...     

空间结构风场风载的数值模拟

基于计算流体动力学理论的空间结构风场风载数值模拟方法,研究了具有复杂体型的空间结构形体表面及其周围的风场,确定空间结构的风压分布,进而得到结构表面风载体型系数,并与相应风洞模型实验结果比较,结果验证了数值模拟方法的正确性.利用数值方法模拟了当存在阻挡建筑物时目标建筑物周围风场和表面风载体型系数的改变,分析了风场变化的原因,讨论了何种情况下必须考虑阻挡建筑物的影响.又基于结构表面等压线将结构表面划分为结构受风子区块,并以面积加权平均计算得到各子区的风载体型系数,为抗风设计提供了可靠依据.     

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.     

平衡大气边界层的数值模拟和风洞实验

通过了风洞实验和计算流体动力学(CFD)模拟的对比,结果显示CFD模拟风特性剖面与实验结果吻合情况符合工程应用的精度要求,说明CFD模拟的有效性和准确性.在进行与风洞试验对比的数值模拟时,研究了壁面Y+值对模拟结果的影响,说明了数值模拟的准确性需要精细的壁面网格的支持.另外,通过CFD数值模拟无限长风洞构造满足水平均匀性要求的大气边界层流场,模拟结果显示模拟满足水平均匀性要求的大气边界层风剖面与计算风工程中通常使用的风剖面有一定的差异,因此针对此问题需要进一步的研究.     

隧道活塞风速计算方法及其影响因素分析

针对隧道内活塞风会对安全门和广告灯箱等引起破坏的问题,开展了地铁单线无风井和有风井两种形式的隧道空气动力学特性分析,建立了隧道各断面之间的一维伯努利方程和流体连续性方程,研究了不同形式隧道下活塞风速的理论计算模型. 并使用SES软件建立其仿真模型对计算模型的结果进行验证, 重点研究了对活塞风速影响的主要因素.结果表明:隧道内活塞风速与列车速度、列车长度和列车外表面光洁度等成正比例关系,而活塞风井高度、断面面积和风井位置等参数对活塞风速影响不大.所提出的计算模型可用于实际工程中活塞风速的简便计算.     

建筑模型风洞试验阻塞效应研究进展

由于壁面的存在,风洞试验模拟的流场与真实大气的自由流场存在差别.在特定情况下,阻塞效应将对流场和建筑风荷载产生严重影响,导致风洞试验数据产生较大误差.然而,当前结构风工程研究人员对阻塞效应的认识尚且不足.首先,简要介绍了阻塞效应的机理,并归纳了阻塞效应对流场和建筑风荷载的影响.然后,总结了阻塞效应的影响因素(来流特性,建筑的外形、数量和布置方式等),回顾了涉及试验和数值模拟的阻塞效应修正方法,并列出了重要文献中对阻塞比的规定.最后,提出了今后值得研究的方向.     

风雪共同作用下门式刚架厂房的动力稳定

结合数值计算和风洞试验,研究门式刚架轻型钢结构厂房在风雪耦合作用下的动力稳定性.通过CFD(计算流体动力学)方法,模拟厂房屋面上的风雪耦合作用,由风洞试验获得厂房表面的非定常气动力,然后将门式刚架厂房作为空间刚架体系,利用Budiansky-Roth准则研究其动力稳定.研究表明,数值模拟得到的积雪漂移现象与屋面上气流的运动规律基本一致,不均匀积雪使门式刚架厂房在风场中的动力稳定性显著降低.     

台风对大跨度钢桁拱桥抗风性能的影响

采用Monte-Carlo台风随机模拟算法的结果和风荷载规范良态气象风环境参数建议取值,在大气边界层风洞中利用被动紊流发生装置再现了良态和台风2类气象条件下的风环境特征.以地处珠江流域台风多发区的广州新光大桥为例,采用全桥气弹模型风洞试验和基于主梁及肋拱测力试验的3维静风稳定性数值计算等手段,详细分析了中承式大跨度连续刚桁拱桥在2类风环境中平均风位移、风致抖振响应和3维稳定性的差异,分析过程比较了2类气象条件下重现期设计风速、平均风和紊流度剖面等因素对于拱桥抗风性能的影响.     

城市大气中污染物扩散的施密特数研究

借助反问题方法对风洞实验工况选取不同施密特数进行数值模拟试验,分析比较了不同施密特数时街道峡谷内各个观测点的数值模拟数据和风洞实验数据.研究结果表明,城市街道内大气污染物扩散的施密特数为0.7～0.8.     

内陆核电厂冷却塔对大气扩散影响的CFD模拟

 风场的时空变化和大气湍流特征是影响局地大气污染物迁移、扩散的重要因子。本文以某内陆核电厂址为背景,针对内陆核电厂址气象及地形条件的复杂性,选用三维计算流体动力学(CFD)模型Fluidyn-PANACHE,模拟气载放射性颗粒¹³⁷Cs、气溶胶¹³¹I和常规气态污染物CO在大气中的三维风场及浓度场分布情况。该方法可合理模拟内陆核电厂大型冷却塔等建筑物周围的湍流和绕流,弥补了标准高斯模型精细化程度不足的缺陷。此外,该方法也突破了常规CFD模型很难在一次计算中进行多风向模拟的局限性。计算获得的正常工况下年均大气扩散因子能反映出该厂址大气扩散的季节性差异,即秋季的平均大气扩散因子最大,因此,可考虑将换料大修等非运行工况安排在秋季进行,以降低污染强度。研究获得的年均大气扩散模拟结果与高斯混合排放模式推荐的厂址扩散参数较为一致,典型固定风向的模拟结果与风洞物理模拟结果符合较好,可为中国内陆核电厂址大气扩散研究和评价提供参考。     

风力机扩散放大器的数值分析与风洞实验研究

用CFD技术并使用FLUENT软件，采用二维模型对无叶轮风力机扩散器内部压力场、速度场进行数值模拟和风洞实验．计算不同风速时的渐扩直壁型、渐缩渐扩直壁型、渐缩渐扩前后流线型共3个类型11种不同形式的扩散器动力放大的流量比增益特性，最小截面处流量增加比率；比较不同形状、不同参数扩散器动力放大特性．数值模拟的壁面函数，对应不同风速下用增强壁面处理后的流量比与应用标准壁面函数时的流量比普遍下降，且更接近于实验值．在风洞试验中，测试了渐扩直壁型、渐扩弧线型、渐缩渐扩直壁型、渐缩渐扩弧线型4个不同类型的扩散器．研究表明，数值模拟和测试结果误差为10％左右，说明数值模拟有着较好的可靠性和实用性；扩散放大器在最小截面处的流量比率增益68％，研究结果为有叶轮情况下风力机带扩散放大器的优化设计提供了重要的参考和分析预报．