等离子体流动控制试验与仿真对比研究

采用数值模拟与风洞试验相结合的方法,研究了当来流风速为7 m/s、湍流度小于10%时,在4种不同方向的等离子体射流激励下,低矮房屋平屋面上流动分离的规律.研究结果表明:施加顺风向等离子体激励,能减小屋面的平均风压系数和极值风压系数;施加逆风向等离子体激励,能增大屋面前檐的平均风压系数和极值风压系数,同时减小屋面中部及后檐的平均风压系数和极值风压系数;施加引起由中间射向两边的等离子体激励,能增大屋面前檐的平均风压系数和极值风压系数,能减小屋面后檐的平均风压系数和极值风压系数;施加引起由两边射向中间的等离子体激励,能减小屋面前檐以及屋面后檐的平均风压系数,同时能增大屋面中间的平均风压系数和极值风压系数.     

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.     

开孔门式刚架房屋风荷载试验研究

结合低矮房屋的导风研究,对一门式刚架房屋进行了开孔与封闭工况的风洞模型试验,分析了屋面风压的分布规律及开孔对屋面风压分布的影响.试验结果表明:开孔工况的平均风压与极值风压比封闭工况的均有所降低,具有一定的抑风效果.试验结果对低矮房屋基于气动措施的抗风设计具有较大的参考价值.     

墙体开洞及建筑间距对串列低矮 建筑屋面易损区影响

基于计算流体力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型研究了以墙体开洞面积和建筑距离为变量对两栋串列双坡低矮建筑屋面风压及屋面易损部位风压的影响规律.结果表明：施扰建筑屋面内风压受迎背风墙面开洞面积和两栋建筑间距离影响明显,在12 m建筑间距迎风墙面洞口面积为背风墙面的两倍时屋面平均内风压系数达1.41;开洞后内外风压共同作用使施扰建筑屋面净风压比封闭建筑外风压明显增大,各区域中背风屋脊区负风压最大,最大风压系数可达-2.34,平均负风压系数约-1.9,比封闭工况时增大了约90%.墙面开洞对受扰建筑屋面风压影响也较为明显.对群体开洞建筑风压的研究有利于了解群体建筑损毁机理,对沿海地区低矮建筑抗风有现实意义.     

等离子体流动控制的前掠翼静气弹发散主动抑制

针对前掠翼静气动弹性发散问题,基于等离子体流动控制与流固双向静力耦合技术,通过求解三维定常可压N-S方程与结构静力平衡方程,在亚声速条件下施加等离子体激励和不施加激励时对其进行对比仿真研究.前掠翼选用N A C A 0015翼型,等离子体流动控制采用唯象学模型,施加在机翼上表面前缘.研究结果表明:在前掠翼外侧上表面前缘...     

风特性参数对低矮房屋屋面局部风压影响的数值分析

为获取低矮房屋屋面局部风压的分布规律,对体型比为1.5∶1∶1的双坡低矮房屋屋面划分若干典型区域并进行数值模拟研究.数值结果与风洞试验结果对比表明:2种研究手段分析结果吻合较好,验证了数值模拟技术在分析低矮房屋表面风压方面的可靠性.基于数值模拟,研究了不同风特性参数对低矮房屋屋面局部区域体型系数分布规律的影响,分析结果表明:来流风向对屋面各区域体型系数的影响是整体性的,且表现出一定规律性;湍流度对屋面各局部区域体型系数的影响不一,对迎风屋面前缘区域影响较大;风速对屋面局部区域体型系数影响较小.本文结论可为我国沿海多发台风地区低矮房屋抗台风设计提供依据.     

热带气旋中竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响

基于热带风暴"彩虹"中采集的高分辨率风速风向和双坡低矮房屋屋面风压数据,研究了台风天气下来流垂直于屋脊线时竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响.结果表明:来流垂直屋脊线时,屋面特殊风压系数与来流竖向风攻角之间呈现明显的线性关系.测点特殊风压系数受来流竖向风攻角的影响程度随着测点距迎风前缘距离的增加而减小.另外,受屋脊的影响,双坡屋面背风面距离屋脊较近的区域受来流竖向风攻角的影响程度会有一定程度的增强.来流竖向风攻角可能是造成双坡屋面迎风前缘及背风面屋脊附近风压系数实验值与实测结果差异较大的主要原因之一,在进行风洞试验模拟时,应考虑来流竖向风攻角的影响.     

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.     

等离子体流动分离控制的数值模拟

采用Shyy等提出的等离子体激励器对流动施加体积力的简化模型,测试了激励器对圆柱绕流分离的控制效果。研究了激励器对于大迎角下NACA 0015翼型流动分离的控制情况。数值结果表明:前缘是施加激励作用的最佳位置;当激励器处于最佳激励位置时,对NACA 0015翼型施加等离子体激励能有效的抑制流动的分离。在所研究的范围内,施加的激励强度越大,控制效果越好。结果表明:该方法对于流动分离的控制效果显著,达到了增升减阻的目的。     

基于风洞试验的沙漠地区低矮建筑实测体型系数修正

通过对沙漠地区大风气候下典型低矮房屋的表面风压进行原型实测,发现其风压原始实测数据存在异常现象,指出了这种现象的主要影响因素为参考静压和高差压.本文研究了实测风压数据的修正方法,即先对屋面风压进行高差压修正,再对其整体风压进行基于风洞试验体型系数的修正.其中体型系数修正值采用最小二乘法或绝对值误差法进行确定,进而分别得到屋面和不同楼层墙面的风压修正值.利用修正后的实测各测点体型系数分别计算沙漠地貌下低矮建筑屋面和墙面的风荷载体型系数,并与风洞试验计算结果以及现行荷载规范中封闭式双坡屋面房屋的经验设计值相比较,表明修正后结果的合理性和准确性;发现实测场地条件下各个面的体型系数计算结果都出现了与规范取值过于接近的情况,并且有侧墙面和背风屋面的实测结果偏大,超出了规范推荐值的情形.该风压修正方法改善了现场实测中原始数据的失真和缺失的问题,更为后续低矮建筑风压以及风沙压力特征规律的进一步研究奠定了基础.     

等离子体流动控制的前掠翼静气弹发散主动抑制研究

针对前掠翼静气动弹性发散问题,基于等离子体流动控制与流固双向静力耦合技术,通过求解三维定常可压N-S方程与结构静力平衡方程,在亚声速条件下施加等离子体激励和不施加激励时对其进行对比仿真研究。前掠翼选用NACA0015翼型,等离子体流动控制采用唯象学模型,施加在机翼上表面前缘。研究结果表明：在前掠翼外侧上表面前缘施加等离子体激励后,激励区附近局部来流经激励受到电场力做功,总能量增加,动能与压力势能分别有不同程度的增大,外在表现为上表面局部流速加快,压力增大,升力有一定损失,下表面压力基本不变,在机翼前缘外侧靠近翼尖处产生低头力矩,可控制前掠翼弹性变形,有效抑制其气弹发散,且随着激励强度的增加,抑制作用逐渐增强。研究结果可为变前掠翼飞行器的气动弹性设计和机翼的流动控制等提供参考。     

下击暴流作用下低矮双坡建筑表面风压特性研究

为研究下击暴流对低矮双坡建筑的影响，基于计算流体动力学方法模拟了下击暴流作用下低矮双坡建筑表面风压，分析了两种典型屋面坡角和湍流模型对下击暴流作用下低矮双坡建筑物的表面风压特性的影响.结果表明：下击暴流作用下，小坡角(16°)时迎风面上边缘的负压梯度较大，两侧屋面受到负压作用，大坡角(35°)时屋脊处的负压较大且更加集中，迎风面侧和背风侧屋面分别呈现正压分布和负压分布；在采用标准壁面函数处理近壁面粘性区域时，不同湍流模型的低矮双坡建筑风压分布的差别主要体现在迎风面、屋脊处以及两侧屋盖面上下边缘，剪切应力运输湍流模型更适合于模拟下击暴流作用下大坡角低矮双坡建筑物屋脊处风压以及处理小坡角低矮双坡建筑物沿来流方向屋面上下两边缘棱角处的强分离流动问题.     

双坡屋面低矮建筑群风干扰效应数值模拟

基于Fluent 6.3软件平台,采用RNG k-ε湍流模型,对日本东京工艺大学风洞试验模型及数据进行了验证,结果表明数值模拟与风洞实验数据拟合较好.同时,对2栋相同低矮双坡屋面建筑在不同受扰建筑布置角度时对建筑群的影响进行了数值模拟分析,结果表明,施扰建筑的表面风压分布及大小受影响较小,与单体建筑表面风压接近;而受扰建筑的影响相对较为明显,尤其是施扰建筑与受扰建筑纵轴夹角不大的情况下,受扰建筑屋脊背风面角部负风压较大.研究结果对低矮建筑群的风效应研究具有参考价值.     

下击暴流作用下低矮建筑风荷载特性试验

以低矮建筑为研究对象,进行了下击暴流作用下的刚性模型风洞试验.利用冲击射流装置模拟下击暴流,分析了典型径向位置处建筑表面平均和脉动风压系数分布特征,研究了建筑风压系数、体型系数及气动力特征随径向距离(r)的变化规律.结果表明:低矮建筑在下击暴流作用下,迎风面受到正向风压的作用,屋面、背风面及侧面受到负压作用;当建筑的径向距离大于喷口直径(Djet),即r>1.0Djet时,建筑中心线处风压值的大小都随着r的增大而减小;当0.5Djet相似文献   

低矮建筑屋面风荷载体型系数的数值模拟

采用剪切应力输运(SST) k-ω模型,对门式刚架屋面风场和表面风压进行数值模拟分析.在不同高宽比、长宽比及不同坡度情况下,研究低矮双坡房屋的屋面风荷载体型系数的变化规律和分布特征.结果表明,低矮建筑的屋面分压分布与屋面的长宽比、高宽比及主导风向均有很大的关系;随着高宽比和长宽比的增大,屋面分区的风荷载体型系数的变化呈...     

低矮双坡屋面房屋风干扰效应的数值模拟分析

采用CFD数值模拟方法探讨了常见的两栋相同的双坡屋面轻钢厂房前后布置时,在不同距离不同风向角下其屋面风压的变化及影响,并与单体工况比较,获得了群体效应下低矮双坡屋面房屋的屋面风压的分布规律和特性.本文的研究可供门式钢架厂房群体建筑的抗风设计作参考.     

檐口结构对四坡低矮房屋屋面风压影响的数值模拟研究

基于Ansys FLUENT RNGκ-ε模型,通过利用日本东京工艺大学同体型比的四坡低矮房屋表面风压进行对比分析.结果表明:数值模拟与风洞试验结果基本吻合,验证了数值模拟方法的可行性;基于此模型对檐口长度及结构形式改变对屋面平均风压展开了研究,檐口长度的变化对屋面风压分布及大小的影响较为显著;屋檐角部位置结构发生变化直接影响屋面风压分布规律,切角可以起到降低屋面平均风压作用,此结论可以为沿海低矮房屋抗风及设计提供参考.     

数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究

采用基于RANS的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响.在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较.结果表明,采用SSTk-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定.通过规范比较可知,中国规范相对简单,美澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响.最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议.     

低矮带檐口曲面四坡建筑屋面风压数值模拟和抗风优化

采用Fluent软件与RNG(Re-normalization group) k-ε湍流模型,数值模拟我国东南沿海地区常见的一类带檐口低矮曲面四坡屋面的风压.重点分析了屋面坡角、风向角、檐口类型等参数对四坡屋面平均风压及周围风场的影响.研究表明,上述参数与屋面风压都密切相关.随屋面坡角增大,迎风屋檐处峰值风吸力减小,背风面风吸力增大;配置檐口可显著改变屋面子块区域的平均风压系数,从而使屋面抗风性能得到优化.     

L形平面低矮房屋屋面的风荷载特性

通过L形平面低矮房屋在同济大学TJ2风洞进行的刚性模型测压试验,首先对其屋面的风压时程概率分布进行了讨论,试验结果表明,屋面大部分区域的风压时程偏度较大,概率分布与三参数Gamma分布较为吻合,其极值的估算更适合用“SadekSimiu法”,且相比而言,传统的高斯方法偏于不安全.继而对翼长、坡度及组合屋面形式对屋面风荷载特性的影响进行了研究,试验结果显示,翼长的增加,坡度的减小均会加剧屋面的平均负压和最不利负压;而屋面由两双坡组合变为双坡、四坡组合后,屋面的平均负压和最不利负压都有大幅度的减小,从而得出双坡、四坡组合屋面的L形平面房屋比两双坡组合屋面更有利于抗风的结论.