近距离并列拉索三分力风场数值模拟

为了解决大跨度桥梁中近距离并列拉索在风荷载作用下的相互作用机理,利用数值分析软件模拟脉动风的时程导入流体力学计算软件中,选择RNG k-ε湍流模型,采用O-Block结构性网格建立风流场模型。通过计算可以看出,上游拉索的升力系数是负值,主要表现为抑制下游拉索振动,由于产生的涡街对下游拉索所产生的升力系数为正值,使得下游拉索振动加剧。对于阻力系数,来流风直接吹向上游拉索,上游拉索有向下游靠拢的趋势,所以会导致下游拉索的阻力出现紊乱。下游拉索伴随着上游拉索产生的涡街而不断变化,下游拉索受上游拉索影响较大。     

龙卷风风场的数值模拟研究

基于同济大学研制的龙卷风物理模拟装置,运用数值模拟方法构建了物理模拟器的数值计算模型,并通过对比龙卷风风场的物理试验模拟结果和现场实测结果,验证了数值计算模型的可行性.在此验证基础上,研究了3种不同涡流比条件下的龙卷风风场结构,对比了不同涡流比条件下龙卷风的三维风场速度(切向速度、径向速度和轴向速度)分布形态、风压分布、龙卷风涡核半径和气流脉动特性.研究结果表明:随着涡流比的增大,龙卷风风场最大切向风速逐渐增大,涡核中心气压降明显降低,涡核半径随之变大,涡核中心附近切向风速的标准差变小;涡流比的增大使龙卷风单涡核逐渐破碎,发展到双涡核.     

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.     

并列建筑物周围风场的数值模拟

研究单体建筑物高度及并列建筑物高差及并列建筑物间距等因素对并列建筑物周围风场的影响．建立了10组不同的并列建筑群布局,计算采用标准k-ε湍流模型．数值计算得到各种布局下建筑群周围风场,并对它们进行了对比分析．结果表明,单体建筑物高度与并列建筑物高差、并列建筑物间距与单体建筑物高度差共同对并列建筑物周围风场产生影响．     

戈壁地表野外风速脉动特征

【目的】探究戈壁地表野外风场不同高度风速脉动特征,为进一步湍流情况下风蚀研究奠定基础。【方法】2015年春季在新疆卡拉贝利工程区实测了戈壁地表不同高度瞬时风速,利用统计学方法(标准差、曲线估计等)从风速脉动和脉动强度、湍流度,以及三者与风速之间的关系等角度分析戈壁地表风速脉动特征。【结果】不同高度的瞬时风速和风速脉动在时间序列上变化非常复杂,但变化趋势一致。大风时段(0～50 min),风速脉动幅度非常大,最大接近6 m/s,但90%以上集中在Symbol|A@0～3Symbol|A@ m/s。风速脉动幅度随风速增强而增大,随距地表高度增加而增大。风速脉动概率分布符合高斯分布。不同高度的风速脉动强度与风速均呈一元线性关系,风速越大,风速脉动强度越大。风速脉动强度最大值2.41 m/s。在距地表0～2 m高度内,湍流度在0.14～0.21之间变化,平均约为0.17,湍流强度较高,此高度内湍流度与高度、平均风速无明显关系。【结论】戈壁地表风速脉动具有非平稳性,随风速增强而增大,尤其是大风天气下研究风蚀不能忽略风速的脉动性。     

江顺大桥风致抖振响应及斜拉索疲劳损伤分析

大跨度斜拉桥在脉动风荷载作用下拉索的疲劳损伤问题不容忽视。以江顺大桥为研究对象,进行了考虑静风平衡的抖振响应及拉索疲劳损伤分析。首先通过谐波合成法合成了桥址处的脉动风速,在综合考虑桥梁的几何非线性与风荷载非线性的基础上,运用ANSYS软件进行了桥梁结构的风致抖振响应分析;然后利用MATLAB软件编制的雨流计数法程序对拉索单元的应力时程进行数据统计,得到拉索单元的应力幅值及对应的循环次数;最后基于Miner线性累计损伤原理对关键位置拉索进行疲劳损伤研究,分析了风参数对拉索疲劳损伤的影响。研究结果表明,疲劳损伤最大的拉索为背风侧的跨中长拉索;风速与风攻角越大,拉索疲劳损伤也越大。     

建筑群行人高度风环境的数值模拟

采用控制容积积分法和求解压力耦合方程的半隐算法求解控制方程,选用标准k-ε湍流模型,对风绕某实际工程建筑群布局的流动特性进行数值计算,得到了建筑周围行人高度处在不同风向时的风速分布.结果表明,在上游建筑物的迎风面拐角附近以及前后排建筑之间的通道,风速最大,漩涡分布最强烈,是建筑物周围风环境最不安全的区域.通过分析比较,讨论了风向、建筑间距等因素对建筑风环境的影响.研究结果对于改进建筑设计与局部气候环境之间的关系具有参考意义.     

基于多重分形的湍流风场脉动特性

为了定量分析风速时间序列的内在波动性,采用多重分形方法研究了湍流风场的脉动特性.基于湍流风谱模型获得了不同地表面粗糙度下的湍流风速时间序列数据,利用结构函数法计算了不同风速时间序列的分形维数,分析了地表面粗糙度对风速时间序列的分形维数的影响,采用多重分形-去趋势波动分析方法对湍流风速时间序列进行多重分形分析,以探讨湍流风场的内在波动性.结果表明,随着风速时间序列的地表面粗糙度的增大,分形维数和Δα(Δα为最大与最小组成元的比值)减小,|Δg|(Δg为最大与最小组成元出现的概率的比值)增大,即风速的脉动幅度减小.     

雷暴冲击风作用下地面风压分布特征

提出了雷暴冲击风作用下地面风压分布的简便计算公式.以圆柱体计算流域模拟雷暴冲击风场,采用大涡模拟(LES)方法结合壁面射流模型对雷暴冲击风场进行了数值模拟,获得了雷暴冲击风从初始喷射到流场稳定的发展过程.射流前沿有一水平涡环,随着时间的推移而冲向地面,然后沿径向远离中心而去.分析得到了雷暴冲击风作用下地面的风压系数时程和时均风压系数,以及不同时刻的风速剖面.风速剖面与理论结果吻合良好,验证了方法的可靠性.仿真结果表明,雷暴冲击风场中心处压力系数最大,压力系数随着径向坐标的增大而减小,提出的公式能够很好地表达雷暴冲击风作用下地面处风压的分布特征.     

基于CFD的复杂地形风能分布研究

提出一种通过计算流体力学(CFD)计算风电场风速和风能分布的方法,该方法通过Argis软件对风电场CAD等高线图进行离散处理,按照风速玫瑰图分布,利用Fluent软件对复杂地形条件下风场按照12分度进行数值计算,并按照风速风向分布概率由Tecplot软件进行后处理,得到整个风场的风速分布特点和风能分布.将计算结果与WAsP软件作比较,结合地形特点进行分析,认为本文计算方法得到的结论较为可靠.     

横风作用下货车篷布结构强度计算

采用基于CFD和CSD的准静态耦合方法对横风作用下货车篷布结构强度进行分析。首先建立横风作用下货车篷布数值模拟计算模型,得到不同运行工况下货车篷布表面压力分布;随后建立篷布索膜结构强度计算模型,以篷布表面压力分布为加载载荷,运用非线性有限元分析方法对不同运行工况下的篷布强度进行数值模拟计算。研究结果表明:货车以速度120 km/h在大风地区运行,当横风风速小于41.4 m/s时,采用双层焊接结构的无网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力;当横风风速小于54 m/s时,采用双层焊接结构的有防风网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力,满足篷布安全运行要求;篷布顶面和篷布网眼位置的最大位移和最大主应力随着货车运行速度和横风风速的增加而增大,横风风速对篷布最大位移和最大主应力的影响大于货车速度对其的影响。     

斜拉索表面水膜形态及斜拉索气动力变化规律

斜拉索表面水线的形成与振荡是斜拉索发生风雨激振的重要原因之一.为研究水线运动与风雨激振现象间的内在联系,本文将滑移理论与计算流体力学相结合,考虑斜拉索表面水膜形态对风压力系数和风摩擦力系数的影响,建立了一个模拟风雨条件下斜拉索表面水膜形态变化的理论模型;在此模型基础上推导出风雨作用下斜拉索气动力计算公式,通过数值模拟得到不同风速下的斜拉索表面水膜形态及气动力变化规律,分析二者间的内在联系.与已有的试验结果对比发现:当斜拉索发生风雨激振现象时,水线形态变化与气动力变化频率相同,且接近拉索的自振频率,说明风雨激振现象的产生原因是水线形态的周期性变化引起拉索的共振.     

不同风场下开、闭鞍型屋盖脉动风压特性分析

在B类和D类风场条件下,对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖刚性模型进行了风洞测压试验.根据同步测量的风压数据,分析了不同风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的脉动风压的分布规律及相互关系;通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面脉动风压功率谱及风压时程的对比分析,考察底部开敞对鞍型屋盖脉动风压分布特性的影响规律.风场对脉动风压系数分布有较大影响;脉动风压的分布类似于平均风压场的分布规律;底部封闭鞍型索网屋盖的脉动风压能量主要集中在折减频率小于0.3范围内,而底部开敞鞍型屋盖脉动风压的高频段能量高于底部封闭情况.     

辅助索对H形吊杆抖振控制分析

为研究辅助索对H形吊杆抖振控制的适用性,分别建立了安装辅助索前后单根H形吊杆有限元模型,采用时域分析法对不同风攻角和风速作用时吊杆应力状态进行数值计算。首先,采用谐波合成法生成脉动风场,获得H形吊杆的风速时程;其次,计算了H形吊杆关键节点的静风力、抖振力和自激力;最后,基于时域分析法,分析设置辅助索前后吊杆关键节点的轴向应力和应力幅变化。研究结果表明:H形吊杆的轴向应力在90°风攻角下最大;吊杆轴向应力增长幅度随风速增长而增大,并在风速超过10 m/s时急剧增大;安装辅助索可降低H形吊杆轴向应力约60%,降低应力幅超过50%。安装辅助索对H形吊杆抖振控制具有良好的减振效果和适用性。     

辅助索对H型吊杆抖振控制分析

为研究辅助索对H形吊杆抖振控制的适用性,分别建立了安装辅助索前后单根H形吊杆有限元模型,采用时域分析法对不同风攻角和风速作用时吊杆应力状态进行数值计算。首先,采用谐波合成法生成脉动风场,获得H形吊杆的风速时程;其次,计算了H形吊杆关键节点的静风力、抖振力和自激力;最后,基于时域分析法,分析设置辅助索前后吊杆关键节点的轴向应力和应力幅变化。研究结果表明:H形吊杆的轴向应力在90°风攻角下最大;吊杆轴向应力增长幅度随风速增长而增大,并在风速超过10 m/s时急剧增大;安装辅助索可降低H形吊杆轴向应力约60%,降低应力幅超过50%。安装辅助索对H形吊杆抖振控制具有良好的减振效果和适用性。     

青草背长江大桥桥位风速脉动特性实测分析

为研究山区风场近地层风速的脉动特性,利用安装在青草背长江大桥上的高频风速仪对桥址处风场进行为期8个月的全程监控.根据实测风速序列分析了在桥址处平均风速、风向、湍流强度、阵风因子和功率谱的统计特征,并针对山区风阵风因子随湍流强度变化关系以及不同计算时距条件下阵风因子的换算关系进行了探讨.研究结果表明:受局部热力环流的影响,桥址风场具有明显周期性变化特征;高风速下顺风向湍流强度及竖向风速相对湍流强度大于桥梁抗风设计规范建议值,而横风向相对脉动强度则比桥梁抗风规范值小;阵风因子随阵风计算时距的变换规律可以用对数高斯函数加以描述;山区复杂地形、地貌导致风速中湍流成分发育更为充分,湍流高频能量相对较大,脉动风速谱在高频段比规范推荐风谱大,低频段比规范推荐谱小.     

桥梁半平行钢丝索对称断丝的力学特性分析

桥梁用半平行钢丝索由于外层钢丝的螺旋外形和本身构造的特殊性,不能直接应用基于平行钢丝假定的并联模型或钢绞线模型进行力学分析.基于Love曲杆理论,考虑泊松效应、钢丝间接触变形以及钢丝间的接触力和摩擦力的影响,对多层半平行钢丝索的对称断丝模型进行了修正,通过数值计算讨论了拉索截面钢丝拉力分布规律、钢丝拉力增长系数和拉索轴向刚度及其影响因素.计算表明,考虑接触变形后,截面内钢丝拉力分布不均匀,拉索轴向刚度较单根钢丝有较大幅度的下降.     

方形土楼夯土墙的风驱雨量分布

对方形土楼进行风洞试验和数值模拟,在数值模拟风场和试验风场达到较好一致性时引入降雨过程的计算模型.采用该方法研究方形土楼在不同风速、不同降雨量,以及不同屋檐悬挑长度下迎风墙面风驱雨量的分布特征.研究结果表明:风驱雨侵蚀因子与风速和降雨量有关,并随风速及雨强的增加而增加;悬挑屋盖对屋盖附近区域的墙面形成有效的遮蔽作用.     

大型水电站分层取水叠梁门的脉动压力特性

为减少下泄低温水对下游生态环境的影响,某水电站进水口拟采取叠梁门分层取水方式.由于过流方式不同,叠梁门与普通平板闸门在荷载特性上存在明显差别.通过模型试验对进水口叠梁门的脉动压力进行测量,结合数值模拟结果,分析了叠梁门上脉动压力的分布规律及荷载特性.结果表明:在所有工况下,作用在叠梁门不同部位的脉动压力特性不同,但均在叠梁门下游侧底部出现了较大的脉动压力;叠梁门下游侧底部大漩涡产生的脉动压力是诱发叠梁门流激振动的主要激振力.提出了一种针对叠梁门顶部过流计算激振力的简易方法,可供工程设计参考使用.     

大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。