稳态冲击风作用下高层建筑风荷载特性试验研究

雷暴冲击风风场与大气边界层风场差异较大.为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载特性,采用静止型冲击射流装置模拟稳态雷暴冲击风风场,进行高层建筑刚性模型测压试验,讨论了不同径向位置处高层建筑局部和整体风荷载时域和频域特性.结果表明:建筑表面平均风压最大值出现的位置与径向风速峰值一致.同时,迎风面风压最大值出现在底部,明显不同于大气边界层风场中最大值靠近顶部位置的风压分布特性;径向层风荷载均值最大值出现在建筑中部,横风向和扭转向层风荷载均值为0.径向和横风向层风荷载谱沿高度不变,而扭转向层风荷载谱沿高度变化明显.     

高层建筑形状及布局对城市街区 行人风环境影响研究

基于风洞试验和计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD)研究高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境的影响.采用最大风速比和归一化加速面积比,定量研究五种高层建筑形状及四类建筑布局对城市街区行人风环境的影响,确定全风向下的最优建筑形状以及布局,结合CFD数值模拟获得的全域流场信息,揭示建筑形状和布局对于城市街区行人风环境的影响机理.结果表明:在保持建筑高度和街区容积率一致的情况下,高层建筑群周边最大风速比不会随着建筑形状和建筑布局的改变而发生明显变化.但建筑形状和建筑布局会改变建筑群周边高风速区域的面积大小,全风向下的最优建筑形状和布局分别是Y字形和错列式布局,而最不利形状和布局分别是H字形和围合式布局.不同布局下的方形、H字形及X字形高层建筑群的最不利风向均位于斜风向,而十字形及Y字形则为正风向.高层建筑群在行人高度处的风加速现象主要是由狭管效应和角部分离效应造成的.     

高层建筑底部区域行人风环境试验研究

对单个方形截面高层建筑底部区域12m范围内的行人高度风环境进行试验研究。研究了不同风向角下加速比、平均风速比等参数的分布与变化规律,并以广州为例,利用Lawson风环境评价准则对该区域处于强风下的风环境进行了评价。结果表明各风向角下的最大加速比大致相等,约为1.9,且均出现在建筑背风面角隅位置。平均风速比大于0.75的区域也出现在建筑背风面角隅,此处易引起行人风环境不适。建筑周围12m范围内风环境不适的区域面积在与墙面正交风向时达到最大,应重点关注下洗(Downwash)效应造成行人高度处风速增大的影响;在斜风向20°～70°范围内通风不利的区域面积较大,对空气污染物扩散不利。建筑迎风面和背风面角隅位置出现最大等效阵风风速,应当对建筑角隅区域行人活动加以限制或提醒。     

大跨悬索桥Π形加劲梁处风参数实测与风攻角修正

以一座已建的大跨悬索桥为工程依托，基于现场实测与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）方法研究Π形加劲梁断面气动外形对桥面高度处实测风参数的影响，并提出实测风攻角的修正方法. 进行为期5个月的桥面高度处风速和风攻角现场实测，分析风参数沿桥轴线的分布规律，并比较了桥面高度处迎风侧与背风侧风速仪实测的风速和风攻角；采用计算流体动力学方法模拟气流流经静止加劲梁断面的流场，研究来流风攻角和风速对风速仪安装在加劲梁不同位置处风参数的影响；结合数值模拟结果，通过函数拟合得到Π形加劲梁断面风速仪实测风攻角的修正公式. 结果表明：实测风速在大桥主跨范围内较为接近，且边跨风速相较于主跨风速偏小；现场实测得到的迎风侧风攻角明显大于背风侧，两侧风速基本一致；迎风侧与背风侧的风参数数值模拟结果与现场实测具有一致性，主梁绕流对距主梁20 m范围内的风攻角监测结果均存在一定影响. 通过本文建立的风攻角修正方法，可以根据迎风侧风攻角的实测值得到较为合理的风攻角修正结果.     

深凹露天矿采场内流场分布规律的试验与数值模拟

运用现场测试和数值模拟相结合的方法,对深凹露天矿采场内的流场分布规律进行研究.以首钢水厂铁矿为试验矿山,在5个现场试验点观测不同垂直高度的风向、风速.现场测试结果表明,当风速为1~2m/s时,西南和东北方向的来流风进入采场内均形成复环流结构;当风速达到47m/s及更大时,5个测点风向与来流风向相同,未观测到采场内形成复环流结构.同时基于Gambit技术建立矿体的几何模型,应用流体力学Fluent软件对该深凹露天矿在不同风速条件下的流场分布进行数值模拟.模拟结果表明,随着风速的增加,矿区内复环流中心的位置逐渐升高,范围宽度和中心厚度也逐渐增大.数值模拟结果与现场测试结果相似.     

建筑开洞对风驱雨影响特性的数值研究

文章研究建筑风驱雨(wind-driven rain, WDR)对建筑内部的破坏,基于欧拉-欧拉多相流模型,考虑具有恒定开孔率下的不同形状开口,即正方口、竖直口和水平口,通过模拟不同风速和雨强下的WDR场,分析开洞建筑WDR分布特性及洞口形式对WDR分布的影响规律。结果表明,洞口形式和风速的变化对开洞建筑迎风立面和室内地面抓取率影响显著,只有当雨强增大到一定程度时,开洞建筑迎风立面和室内地面抓取率才有显著变化。     

气动干扰对建筑立面风驱雨强影响的数值研究

文章基于欧拉多相流模型,对高低层建筑组合布局的风驱雨(wind-driven rain,WDR)场进行模拟,考虑风向、风速及降雨强度的变化,重点分析受扰高层建筑迎风面WDR抓取率分布及变化特点,获取低层建筑对受扰高层建筑迎风面WDR的气动干扰影响规律。结果表明,受扰后的高层建筑迎风面WDR抓取率分布与单体建筑存在显著差异,0°风向下气动干扰影响最大,受扰高层建筑迎风面下部区域及两侧WDR雨强增大较为明显;斜风向下迎风面下部区域远风侧WDR雨强大于近风侧,与单体布局分布趋势相反。所得结论对于WDR理论研究及工程设计具有一定指导意义。     

大跨度连廊钢结构受风载荷数值模拟

为研究大跨度连廊结构在风载荷作用下的影响,应用ADINA有限元分析软件对大跨度连廊结构进行流体—结构耦合的数值模拟计算不同风速大小、不同风向角作用下分析结构,流场的位移应力.得到结构体沿高度变化的位移,结构表面应力分布及流场应力分布和速度矢量.结果表明:在风载荷作用下,结构位移最大出现在结构中心以下位置.结构表面压应力分布状态与载荷大小无关,结构迎风面压力为正值,背面压力为负.软件的分析有利于更好地认识到流固耦合作用对结构体的影响.     

基于格子Boltzmann法的树木流场数值模拟

通过多松弛时间格式的格子Boltzmann法(lattice Boltzmann method,LBM)对树木流场进行数值研究,树木简化为表征元尺度下的多孔介质,为了研究雷诺数Re=10 000下的流场,将大涡模拟结合LBM得到树木周围的流速和风压,并在模型前设置格栅,以此制造扰动并模拟B类场地下的流场。结果表明,树木下游不同位置的平均风速剖面与试验吻合良好;风压从迎风面到背风面显示出明显的变化梯度,而且其最大绝对值主要分布在迎风面和背风面附近; B类地貌下的树木遮蔽区下游风速有所减小,湍流度极大值在树冠顶部附近。     

椭球形多曲面组合屋盖结构风荷载特性研究

为了探究带有明显台阶的椭球形多曲面组合屋盖结构的风压分布特征,对某体育馆进行了刚体模型测压试验与CFD数值模拟,并通过数值模拟,研究了两种与该体育馆特征尺寸一致但曲面组合形式不同的屋盖风压。研究结果表明:①屋盖表面风荷载以吸力为主,迎风侧屋顶局部区域存在正压力,最大负吸力出现于迎风侧曲面台阶处;②采用RNG k-ε湍流模型能够较好的模拟流场中的分离现象,较为精确的模拟多曲面组合屋盖结构的平均风压;③当曲面组合有明显台阶时,迎风侧曲面台阶上边缘受到的吸力较大,无明显台阶时,曲面屋顶的风压分布较均匀,屋顶的吸力较小,风荷载最不利位置出现在屋顶曲面组合台阶边缘位置。     

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。     

冷却塔对大气扩散影响的数值模拟

利用计算流体力学模型Fluent,模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的作用,用拉格朗日随机粒子模式进一步模拟其大气扩散影响。针对一个内陆核电厂的设计方案进行模拟,共有4个冷却塔和4个常规烟囱排放口。取当地典型风速1.5 m/s和中性边界层条件模拟ESE,SSE和SW这3个方向来流的塔体扰动情况。对应各风向各取2个排放位置进行扩散模拟并计算扩散参数。结果显示,在扰动最小的风向条件下,冷却塔几乎对扩散没有影响,扰动严重时水平和垂直扩散参数可分别增大2个和1个稳定度级别,这种影响在1 km之内最为明显。     

冷却塔对大气扩散影响的数值模拟

利用计算流体力学模型Fluent, 模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的作用, 用拉格朗日随机粒子模式进一步模拟其大气扩散影响。针对一个内陆核电厂的设计方案进行模拟, 共有4个冷却塔和4个常规烟囱排放口。取当地典型风速1.5 m/s和中性边界层条件模拟ESE, SSE和SW这3个方向来流的塔体扰动情况。对应各风向各取2个排放位置进行扩散模拟并计算扩散参数。结果显示, 在扰动最小的风向条件下, 冷却塔几乎对扩散没有影响, 扰动严重时水平和垂直扩散参数可分别增大2个和1个稳定度级别, 这种影响在1 km之内最为明显。     

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。     

风作用下凹型超高层建筑窗口羽流火焰数值模拟分析

目的 研究在风作用下凹型超高层建筑窗口羽流火焰融合高度及窗口处火焰温度变化规律.方法 对无风、水平风向、竖直风向,风速为2 m/s、6 m/s条件下的凹型超高层建筑火灾模型采用火灾动态仿真模拟软件PyroSim进行数值模拟,分析窗口温度分布等温线及温度曲线,并引入危险温度540℃.结果 在不同风速条件下,连续纵向三窗口...     

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素

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。     

商业街区可吸入颗粒物空间分布及其气象要素的相关性

目的研究沈阳市太原街商业街区可吸入颗粒物与湿度、风速等主要气象要素的相关性及其在不同水平截面和垂直断面处的分布规律.方法以太原街多时相监测数据为基础,采用SPSS Statistics分析了街区可吸入颗粒物平均质量浓度与湿度、风速等气象要素的相关性,采用Fluent软件,模拟街区内不同水平截面与不同街道断面的流场与颗粒物浓度场.结果商业街区可吸入颗粒物质量浓度变化在一定阈值范围内与湿度正相关与风速负相关.街道两侧建筑由于高度、形态与密度差异,形成了不同特性的街谷局部流场,对可吸入颗粒物扩散效果具有较大影响.结论在建筑容积率一定的情况下,通过调整裙房的屋顶形态及其与高层建筑的组合关系,能够改善可吸入颗粒物的扩散效果.     

直流风洞中大比例风场模拟试验

利用尖劈、粗糙元、挡板等被动装置,在湖南科技大学直流风洞中调试不同地貌条件下1:20大缩尺比风场,研究适合低矮建筑缩尺比模型的风洞试验风场,分析尖劈、粗糙元、挡板等被动装置对大气边界层风场的影响.试验结果表明:尖劈迎风面尺寸对平均风速剖面和湍流度剖面影响明显,粗糙元布局对湍流度剖面下部区域影响显著,而挡板的形状及位置对...     

街道峡谷内颗粒物扩散沉积的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟分析了孤立街道峡谷内气流运动和颗粒物的扩散沉积.计算中选取中低来流风速(3,5,10 m/s)和高来流风速(20 m/s),颗粒粒径范围为0.01～10μm.得到了峡谷内气流速度场、颗粒运动轨迹和颗粒在建筑物不同表面及地面上的沉积率.结果表明,颗粒在地面上的沉积率明显高于在建筑物各表面上的沉积率;来流风速一定时颗粒在峡谷迎风面、背风面、建筑物屋顶及地面上的沉积率都对粒径的变化不敏感,中低风速范围内颗粒在建筑物各表面和地面的沉积率都对风速变化不敏感;在峡谷迎风面及地面上,颗粒在高风速下的沉积率明显大于中低风速下的沉积率,而在峡谷背风面及建筑物屋顶上,颗粒在高风速下的沉积率明显低于中低风速下的沉积率;在中低风速下,颗粒在背风面的沉积率高于在迎风面的沉积率,而在高风速下,颗粒在背风面的沉积率却低于在迎风面的沉积率.     

珠海市某标志性超高层建筑群的室外风环境及舒适性模拟

考虑当地的气候条件,利用PHOENICS软件对珠海市某标志性超高层建筑群的风环境舒适性进行了CFD数值模拟,结果表明:1)研究区各个季节的主导风向有所不同,冬季主要吹偏北风,夏季主要吹西南偏南风,过渡季节则以东北偏东风为主,不同风向下地面和建筑立面风速及舒适性都不同; 2)当风从高层建筑吹向低层建筑时,低层建筑会被高层建筑阻挡,低层建筑背面、高低层建筑间的地面通风和舒适性都较差。而在建筑立面通风较好的地方,比如高层建筑的迎风面及两侧,这些地方较为舒适; 3)当风从低层建筑吹向高层建筑时,风通过低层建筑物之后以绕流作用再次影响地面,建筑物之间的区域通风条件都较好,同时建筑立面的通风环境和舒适度都比风由高层建筑吹向低层建筑的时候更好; 4)由于风随高度的增加而增大,若在高层建筑的迎风面和两侧拐角处,以及通风廊道处,局地风速超过3级时,人体感觉也会不舒适。