风载荷作用下球形储罐的流固耦合分析

以某石化企业的丙烷球形储罐为研究对象，在ANSYS Workbench平台上充分考虑球罐的几何完整性和风载荷分布不均匀性，进行流固耦合计算分析。具体方法是先对球形储罐的外部空气流场进行三维数值模拟得到绕流流场分布，然后将流场计算结果加载到球形储罐外表面，进行结构静力学分析。结果表明：风在球形储罐附近发生绕流时，流速先增大后减小，并在球壳和支柱背风面形成漩涡，流动分离的位置随风速增大向后推迟；风流在球形储罐迎风面形成正压区，在非迎风面形成负压区，球壳迎风面风压呈同心圆环形对称分布，由中心向边缘风压逐渐减小；球形储罐在风载荷作用下的应力较设计工况下的显著增大，经应力线性化分析和强度校核，该球形储罐满足标准要求。     

下击暴流强风冲击作用下定日镜风压时变特征

为研究下击暴流强风冲击作用下定日镜表面风压变化特征,基于计算流体动力学的方法对下击暴流瞬态风场中不同工作姿态的定日镜表面风压进行数值模拟.结果 表明,受到下击暴流形成扩散过程引起的近地面风场变化影响,在下击暴流的冲击作用下定日镜迎风面和背风面风压都表现为先增大后减小的时变特征,背风面比迎风面提前达到压力峰值,且迎风面和背风面瞬时峰值压力均明显大于稳态风场中的相应峰值压力.同一时刻下,定日镜迎风面正压峰值中心随着俯仰角的增大逐渐向上移至镜面中心,风压系数峰值可达1.4,背风面负压峰值中心随俯仰角增大逐渐向两侧水平偏移,风压系数峰值由1.8减小到1.0.在小俯仰角工作姿态下定日镜背风面会遭受更大的负压作用,说明现行的定日镜抗风设计中采用的小俯仰角避险姿态并不完全适用于下击暴流强风作用的状况.     

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.     

洞庭湖大桥桥塔塔顶风场与风压特性试验研究

对岳阳洞庭湖大桥中塔塔顶风场和风压进行现场实测,得到了桥塔塔顶风压和风速、风向时程.分析了风场特性参数、塔顶风压分布、平均风压系数和脉动风压系数的变化规律.分析结果表明:迎风面各点平均风压系数变化趋势一致,迎风面脉动风压系数较大,背风面脉动风压系数相对较小,在同一面上脉动风压系数差别较小;塔顶周围风场平均湍流度较小且脉动风压系数是风场湍流度的2~3倍.     

串列双方柱的风压特性及其流场机理

为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×104、间距比P/B=1.1～5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律,重点探讨了双方柱流场特性及其与风压非高斯特性的内在联系.研究结果表明:随着间距比的增大,串列双方柱依次表现为3种流态,即单一钝体、剪切层再附和双涡脱流态,风压特性与流态密切相关.风压的非高斯特性和风压相关性随流态变化呈现为3种类型:在单一钝体流态下,柱间回流区附近的表面风压呈现明显的非高斯特性且风压相关性较强;在剪切层再附流态下,方柱尾流的涡脱强度低,风压相关性弱,但风压非高斯区域大;在双涡脱流态下,受上游方柱尾流旋涡的作用,方柱侧风面的风压相关性较强,下游方柱的侧风面和背风面出现大范围的风压非高斯区域.     

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   

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.     

切角矩形断面高层建筑风压特性试验研究

针对切角矩形断面高层建筑体型复杂且其风压特性无法通过建筑结构荷载规范直接选取的现状,以某一变宽度切角矩形断面高层建筑为研究对象,在考虑周边复杂建筑风环境的影响下通过刚体模型测压试验研究了建筑模型表面风压系数和体型系数,并讨论了切角矩形断面高层建筑局部风压随风向角和高度的变化规律。结果表明:切角矩形断面高层建筑表面风压特性与常规矩形断面高层建筑基本一致,垂直来流的标准迎风面的平均风压系数为正值,且随着高度增加而增加;斜迎风面与来流方向呈45°时风压系数和规范值差距较大,正负值符号与斜切面与正立面宽度比有关,并给出了最大宽度比为1/8时的取值结果;侧风面和背风面为负压区,背风面平均风压系数约为侧风面的1/2;最大脉动风压和最小平均风压均出现在边角切面处。周边建筑对该高层建筑中下部表面风压的影响较大,个别侧风面受此干扰风压分布无明显规律可寻。     

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.     

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．     

坡度对三维山丘风场特性及绕流机理分析

为研究坡度对山丘地形风场特性的影响,采用基于空间平均的大涡模拟方法进行了非定常绕流数值模拟研究。首先,通过与试验结果的对比,验证了模拟方法及参数的有效性;然后,研究了15°、21.8°、30°和45°四种坡度对山丘的近地绕流平均和脉动风速场的影响,着重从时均和瞬态流场角度进行了影响机理分析;最后,分析了坡度对地形加速效应的影响,并与不同国家规范结果进行了对比。结果表明：大涡模拟方法可以较有效地模拟不同坡度山丘的平均和脉动风速特性;不同坡度山丘迎风面处的平均和脉动风速场的变化规律基本一致,差异主要在山顶和背风面处。在山顶位置,随着坡度的增加,脉动风逐渐增大,以坡度30°为界,山顶处的流向平均风速呈现先减小后增大的趋势,背风面流动分离点逐渐向下游移动,引起涡旋中心位置逐渐向下游移动且远离山丘壁面。在背风面山腰近壁区,以坡度30°为界,当坡度较低时,随着坡度增大旋涡尺度不断增大,旋涡尾迹变宽,能量逐渐集中,流向平均风速逐渐减小,脉动风速逐渐增大;坡度大于该值时变化趋势则相反。不同坡度的地形加速效应趋势基本类似,主要差异在近壁区,结合各国规范本文给出了不同坡度地形加速效应的最大值曲线。     

常规风和下击暴流作用下定日镜风压特性比较

利用计算流体动力学方法对常规风和下击暴流作用下定日镜的表面风压进行数值模拟和对比分析.研究结果表明:在常规风和下击暴流作用下,定日镜在各工作仰角下的迎风面均以正压为主,在镜面上边缘存在极小范围的负压区域,背风面负压整体呈现上部小、下部大对称分布的特点.随着工作仰角的增大,在常规风和下击暴流作用下,定日镜迎风面压力峰值中心均由底部逐渐上移,峰值压力逐渐增大,当处于大工作仰角时,迎风面高压区在常规风风场中位于上部,而下击暴流风场中位于中部且高压区分布范围比常规风更大.定日镜背风面负压峰值随工作仰角增大在常规风风场中逐渐减小,而在下击暴流风场中背风面压力基本不变,当处于小工作仰角时,在常规风风场中定日镜背风面谷值压力位于上部,分布梯度明显,在下击暴流风场中背风面压力分布较均匀.     

集成立轴风机的高层建筑二维模型动态数值分析

采用标准k-ε湍流模拟方法,在不考虑风力机与建筑连杆及风力机叶尖损失的影响下,采用滑移网格技术,对风力机与建筑一体化二维模型在不同风速下进行动态研究。结果表明:在不同风速下,建筑迎风面风力机的转矩系数最大值为0.41,最小值为0.10;背风面风力机的转矩系数最大值为0.27,最小值为0.17。     

干燥煤堆自燃升温特征的数值模拟

为了了解露天煤堆自燃升温过程中温度变化特征,在考虑风压、热压和质量扩散等驱动力的情况下建立了二维干燥煤堆传热传质数学模型,利用FLUENT软件对煤堆内部漏风、氧气与温度各类场信息进行分析.结果表明,煤堆自燃环境的特点是迎风面漏风强度和氧气浓度最高,背风面最低,中间递减,高温区位于迎风坡附近漏风强度适中,氧气充足的蓄热区.风速与孔隙度对煤堆自燃升温速率影响最显著,迎风倾角其次,环境温度对升温速率的影响很小.模拟结果与煤堆升温实验数据在趋势上比较符合,现场可根据计算结果事先大致判定火源位置,缩小侦测范围,以便及时采取措施,提高防火工作效率.     

均匀来流下方柱表面风压非高斯特性的流场机理

极值风压和风压非高斯特性是建筑主体和围护结构抗风设计的重要问题,但其流场机制尚未被澄清。采用大涡模拟方法,在雷诺数Re为22 000的条件下,研究了方柱表面风压非高斯特性随风向角的变化规律,分析了风压非高斯区域与平均流场的关系,基于瞬时流场结构探讨了方柱表面出现极值风压的流场机理。研究表明,方柱表面风压非高斯区域主要分布在方柱后角部位和背风面,而方柱侧面的剪切层再附区域(即分离泡区域)则并未出现明显的风压非高斯现象;方柱后角部位极值风压是由间歇性出现的角部附着涡导致,角部附着涡的形成与方柱尾流中的卡门涡有紧密联系;而方柱背风面极值风压则是由方柱尾流卡门涡的回旋作用引起,极值风压的发生位置会随尾流卡门涡的移动而改变。     

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.     

下击暴流作用下高层建筑物表面风压分布特性

以CAARC（英联邦航空咨询理事会）高层建筑物标准模型为研究对象,基于计算流体动力学方法研究了下击暴流作用下高层建筑物的表面风压分布特性,并将结果同大气边界层近地风作用下的风压分布特性进行了比较分析.结果表明：下击暴流作用下建筑物模型迎风面风压力最大值位于建筑物的中下部约1/3高度处,不同于近地风作用下的最大值位于建筑物中上部靠近顶部附近;在背风面,下击暴流作用下负压力分布呈下小上大、中间小两侧大的特征,不同于近地风作用下的负压力分布较为均匀、上下端和两侧较大、中间小的分布特性.     

两并列方形高层建筑局部风压干扰特性

对2个并列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验.根据试验结果,分析了施扰模型高度变化以及相对位置变化对受扰方形高层建筑表面局部风压的影响.结果显示,高度比固定、间距比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面和外侧面均随间距比的增大而减小,间距比等于2时,狭缝面的脉动风压放大较为显著,在前缘棱边的上端角部处为2.2,在迎风面和背风面则随间距比的增大而略有增大.间距比固定、高度比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面、外侧面和背风面均随高度比的增大而增大,狭缝面脉动风压增大最为显著,局部达2.7,在迎风面则受高度比变化的影响较小.     

架空碟形空间结构风场数值模拟和抗风优化

基于计算流体动力学方法,利用FLUENT软件对架空碟形空间结构的风场绕流特性和表面风压分布进行数值模拟,获得不同风向角下结构风压分布,分析了支撑柱高度、上碟面和下碟面矢跨比对风载体型系数分布和结构风致整体合力的影响.结果表明,支撑柱高度的选择既要有利于空气泄流,又要防止因高度过高引起风致整体合力的增大.研究发现,随着上下碟面矢跨比增加,迎风面正风压显著增大,背风面涡旋作用更加明显,结构风致整体合力呈增大趋势,碟面扁平化可明显改善结构抗风特性.给出的架空碟形空间结构抗风优化建议,可为该类结构抗风设计提供参考.     

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.