大型楔形建筑风载荷数值模拟及模型尺度效应研究

本文采用CFD(计算流体动力学)软件STAR-CCM+,模拟不同风向角下泰安文化艺术中心的表面风压,并与实际风洞试验结果比较验证;采用经过验证的数值计算方法,分析了简化几何情况下的泰安文化艺术中心尺度效应对实际评估风载荷带来的影响。结果表明:CFD数值计算方法能够真实反映建筑表面风压特性;尺度效应对建筑表面的平均风压系数影响微弱,但是对建筑尾部的流场分布及流速大小有显著影响。     

温室结构风压的CFD模拟

利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件CFX-5，采用湍流κ-ε模型和结构化非均匀网格对华南型单栋塑料温室的表面风压进行了数值模拟，预测出温室表面的风压分布，并讨论了温室屋檐和屋脊处的风压分布特点。与他人风洞试验结果进行比较结果表明，数值模拟和风洞实验的风压分布趋势相近．风压数值基本吻合。对连栋温室的表面风压进行了模拟，得到了表面风压的分布特征，并发现边缘栋的风压较大，在结构设计时应该重视；在连栋数大于3栋的情况下，中间各栋温室的表面风压比较一致。CFD方法能定性和定量地预测出温室表面的风压分布。     

温室自然通风量计算中风压系数的研究

针对温室通风量计算中风压系数选用与风载体型系数相同取值而导致通风量计算结果不准确的问题,采用模拟方法研究风压系数的取值。从物理意义角度阐述了风压系数与风载体型系数的不同;通过理论分析得到了与计算风载体型系数不同的风压系数计算方法;对双坡屋面单栋温室采用Fluent数值模拟方法,得到了温室窗口开启及关闭2种情况下对应的风压系数和风载体型系数。模拟结果表明:温室通风窗口关闭时风载体型系数与窗口开启状态下风压系数取值有较大差异;与风载体型系数相比,风压系数的绝对值迎风面较小,背风面较大,相同部位风压系数和风载体型系数绝对值最大偏差是风载体型系数的60%。在温室通风量计算中风压系数不宜选取与温室风荷载计算中的风载体型系数相同的值。     

表面粗糙度对轴流泵性能的影响

【目的】探讨表面粗糙度与当量粗糙度之间的转换关系,研究在不同表面粗糙度条件下过流部件对轴流泵性能的影响。【方法】首先以圆管流动为研究对象,采用CFD数值模拟方法研究粗糙度对管道沿程损失的影响,通过数值计算结果与试验数据的对比,验证所建立的转换关系和所采用的数值计算方法及其相关参数的准确性和合理性;在此基础上展开某轴流泵在不同工况下过流部件粗糙度变化对其性能的影响研究。【结果】过流部件的表面粗糙度对轴流泵的水力效率和扬程有较大影响。最优工况下,与无粗糙度相比,粗糙度为3.2,6.3和12.5μm时,泵扬程分别下降0.3,0.5和0.7m,效率分别下降4.7%,5.7%和6.8%。【结论】建立了表面粗糙度与当量粗糙度之间的转换关系;通过研究粗糙壁面对管道沿程损失和轴流泵性能的影响,验证了CFD数值方法的可行性及准确性。     

复杂体型大跨屋盖表面风压分布的试验研究

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究，得到了屋盖表面的平均风压系数、脉动风压系数等值线分布图，对其风压分布特性做了详细的分析.研究结果表明：大跨屋盖结构表面主要呈现负风压（风吸力），主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大，出现较大的负风压系数；由于站台雨篷四周开敞，气流流经站台雨篷时较为顺畅，气流分离较小，因而站台雨篷风压系数较小.     

大跨屋盖结构风荷载特性的试验研究

在大气边界层风洞中通过模拟大气边界层风场对广州国际会展中心模型进行风压分布风洞试验.得到了平均风压系数、极小风压系数的等值线图,同时分析了位于高湍流区域的大跨屋盖的平均风压和脉动风压分布特性、相干特性以及相关系数.研究结果表明:负风压主要发生在迎风角区,但在下风向会出现正压力;脉动风压相干性随着频率与距离的增大而减小.     

大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG (discretizing and synthesizing random flow generation)模拟风场实际的湍流边界条件.采用一种新的大涡模拟LES（Large Eddy Simulation）的亚格子模型，基于linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术，计算了长沙机场扩建航站楼屋盖结构在5个风向下的风荷载.根据对机场屋盖的平均风压和脉动风压系数分布规律的分析，给出了各风向角下屋面的表面风压分布特性和最不利风向角，为长沙机场扩建航站楼的抗风设计提供了依据.并为进一步发展此类复杂建筑结构在复杂湍流环境下的风荷载数值风洞技术提供参考.     

强风作用下大型双曲冷却塔风致振动参数分析

基于作者已提出的大型冷却塔风振计算方法(一致耦合法)，结合风洞测压试验获得的表面气动力模式，分析了结构本身因素和外界干扰对强风作用下冷却塔结构风致振动的影响，对不同动力特性及阻尼比的冷却塔模型进行了风振响应背景、共振、耦合项及风振系数的精细化数值计算，对比并初步探索了周边干扰下大型冷却塔的风振机理.发现了特征尺寸、阻尼比和周边干扰对冷却塔风振响应的影响规律，为进一步理解冷却塔结构风致振动现象，避免不利共振的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果.     

不同风场下高层建筑风效应的风洞试验研究

在大气边界层风洞中模拟了C,D两类地貌的风场，对某市区办公楼进行了风洞试验，分析了不同风场下高层建筑风压分布特性、风荷载及风致响应特性.结果表明：C类风场下平均风压系数、总体弯矩系数、最大基底剪力和最大基底弯矩均大于D类风场的对应值；C类风场下办公楼风荷载大于D类风场下办公楼风荷载；C类风场下各测点风压谱峰值对应频率均小于D类风场下各测点风压谱峰值对应频率；C类风场下结构顶部峰值加速度大于D类风场下结构顶部峰值加速度.     

体育馆屋盖的风洞试验研究和数值计算

对一系列不同倾角的体育馆悬挑屋盖进行了风洞试验;模型比例为1:50,在屋盖上下表面安装128对测压管,在同步测压的基础上,我们获得每个测点的风压时程,通过对试验数据的处理,分析平均风压和脉动风压的产生机理.试验表面明,风压分布是受屋盖表面的气流流动分离所影响的.同时,对这种形式屋盖进行计算分析.     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.     

连栋温室风载特性与通风效果的试验研究

在风洞中对连栋温室的风压分布进行了试验研究,研究发现:通风窗关闭状态下的风压系数显著高于通风窗开启状态下的,且风压系数的变化范围较大,因而计算温室表面风压时,要选用通风窗关闭时的风压系数;采用先进的PIV测试技术,对连栋温室利用风压通风时室内外的流场进行了试验研究,并比较分析了顶窗、侧窗组合通风与肩窗、侧窗组合通风温室内外的流场,分析结果表明采用肩窗与侧窗组合通风时,风力作用较小。     

低矮房屋屋面实测峰值风压分析

通过作者研制的一套可移动实验房及测试系统对近地登陆台风风速和房屋表面风压进行同步观测，研究登陆台风近地边界层风场和低矮房屋风效应.基于0801“浣熊”台风实测数据，分析了实验房屋面角部区域局部峰值负压分布特征和相关性，探讨了角部区域峰值压力时间和空间的平均拆减效应.结果发现,峰值负压系数大于现行规范规定值；并运用广义极值概率模型极值III型对角部测点峰值负压进行极值分析，角部测点峰值负压系数与其实测峰值负压相比要大26.4％.相对良态天气条件，在台风天气作用下低矮房屋屋面角部区域局部易形成较高吸力远大于现行规范推荐值.     

基于WRF模式的短期风速预报研究

使用WRF模式对黑龙江省东部地区2009年7月～2010年6月期间的风速进行预报研究,并与测风塔70 m实测风速比较,分析模式的预报性能和误差大小。结果表明,测风塔实测年平均风速5.0 m/s,预报年平均风速为6.1 m/s,相关系数高达0.71,WRF模式能够很好地预报出风速的变化趋势;WRF模式准确地反映出实际风速的月变化趋势,除1月外,各月预报值均大于实测值,5和9月误差较大;预报风速与实测风速在各时刻相关性非常高,相关系数均在0.60以上,相对误差与均方根误差均是夜间大、白天小;WRF模式预报的主导风向与实测一致,但数值略小,对年风向频率具有较好的预报效果。     

毛竹物理性质对刨切表面质量的影响

为合理制订竹材切削工艺,提高竹材切削质量,该文经刨切实验,利用触针式表面粗糙度测量仪,测量并分析了毛竹不同切面、密度、含水率等物理性质对刨切表面粗糙度的影响规律。结果表明,竹材不同切面切削质量有明显区别,纵向刨切表面质量优于横向刨切; 竹材密度及含水率对刨切表面质量影响较为明显。密度越大,刨切表面质量越高;含水率与刨切表面粗糙度呈良好的二次曲线关系。      

Modelling the dispersion of aerial pollutants from agricultural buildings — an evaluation of computational fluid dynamics (CFD)

Agricultural buildings, especially those used for intensive livestock production, are significant sources of aerial pollutants. This paper explores some of the computational modelling methods available to predict near field concentrations of a pollutant emitted from a building opening. The modelling approaches used here are restricted in application to effectively weightless particles, such as a low concentration pollutant gas. The flow patterns were predicted using computational fluid dynamics (CFD) and linked to this computed flow field were two dispersion models, a Eulerian diffusion model and a Lagrangian particle tracking technique, both used to predict ensemble mean gas concentration. Explicit account has been taken here of variations in mean wind direction, using a new technique based on the weighted summation of individual wind direction results according to the probability density function of the wind direction. The atmospheric boundary layer is characterised by variations in wind direction that do not occur in simulated wind tunnel flows and are not generally reproduced in current computational methods. For comparison, the results of the modelling approach are compared with mean concentrations of ammonia gas released as a tracer from an isolated low rise building. The results of this comparison indicate that at a distance of more than three building heights downstream the predictions from both models are satisfactory but that in the near wake the diffusion model is less successful. The weighted solutions, taking account of wind direction, give significantly improved predictions over unweighted results. Lack of plume spread is identified as the main cause of inaccuracies in predictions and this is linked to inadequate resolution of flow features and mixing in the CFD model. The use of modelling based on CFD and existing dispersion models is clearly limited and further work on non-steady state simulations of wake flows for dispersion studies is required.     

不同治理措施下的农田土壤风蚀控制机理研究

通过对黄羊滩沙地风速、粗糙度、防风效能、输沙量的野外观测,分析了不同治理措施下的农田土壤风蚀控制机理,研究结果表明:小网窄带防风效能高,是风沙区农田防护林合理的配置方式;此外,不同覆盖方式和不同留茬方式的地表粗糙度与秋翻裸地均是数量级的差别。在覆盖物和留茬密度基本相同的情况下,地表粗糙度和防风蚀效果均随覆盖度和留茬高度的增加而增加;在覆盖度基本相同的情况下,地表粗糙度和防风蚀效果均随覆盖物和留茬高度的增加而增加。     

Aerosols in the atmosphere: calculation of the critical absorption/backscatter ratio

The ratio of the absorption coefficient to the backscatter coefficient for which heating and cooling effects due to aerosols exactly balance at the earth's surface has been calculated with the use of a radiative-convective atmospheric model. The results are compared with those obtained from several simpler mean radiative-transfer models.     

基于完全气动弹性模型的冷却塔干扰效应风洞试验研究

针对某核电站两相邻200 m高超大型冷却塔,基于完全气动弹性模型通过风洞试验对其风致干扰效应进行研究.研究表明:干扰效应使共振响应显著增大,但仍以背景响应为主;双塔串列时,尽管由于上游塔的“遮挡”效应使得下游塔最大平均响应减小,但最大均方差由于干扰效应略有增大,响应极大值基本与单塔一致;斜列时,当上游塔尾流作用在下游冷却塔时,响应放大系数最大;基于整塔响应极大值定义的干扰因子可保证将单塔风荷载放大干扰因子倍后得到的最大响应与群塔的最大响应相等,由此考虑风向频率后得到的推荐干扰因子与规范值基本一致.     

三峡气候梯度观测塔气候要素特征分析

根据2010年12月～2012年5月三峡气候梯度塔气温、风速、风向、相对湿度和气压的观测数据,分析其月、季、年变化特征,结果表明,三峡气候梯度塔10～100m各层平均风速逐月变化基本一致,呈“W”型,且各层年平均风速相差不大;各层年平均最大风速与极大风速变化趋势相一致,7月最大,11月最小;各层全年及各个季节ESE为主导风向,全年及各个季节无正南风;各层年平均气温随高度升高而降低,各层气温逐月变化呈单峰值,1月气温最低,7月最高,就季节而言,夏季最高、冬季最低;各层年平均相对湿度8．5～50．0m随高度升高而降低,50～100m则随高度升高而上升;8．5m高度气压曲线逐月变化呈“u”型变化,1月最高、7月最低,冬季最高、夏季最小。