建筑群环境风场的特性及模拟--风环境模拟研究之一

建筑风环境是研究建筑物与城市风场相互作用的一门空气动力学与大气科学的交叉学科、将空气动力学惯用的风洞实验和流场显示研究手段，直接用于城市大气边界层和建筑物周边流场变化规律的研究．充分利用数值计算的广度和深度与风洞实验相结合，相互验证、相互补充、弥补了目前实验手段尚无法实现的研究．本以北京商务中心区(CBD)为研究背景，论述了建筑风环境中大气边界层的模拟和具体建筑物风场的显示方法，并与数值计算进行对比，取得了非常一致的结果．为该地区的城市规划和环境保护，提出了科学依据．     

在1.4米航空风洞中模拟大气边界层

在风洞中正确模拟大气边界层的流动特性是风工程风洞试验结果可信的必要条件,本次试验研究的目的是在短试验段的航空风洞中建立大比例的大气边界层模拟流场。通过适当的方式延长1.4m×1.4m航空风洞的试验段长度,并利用尖塔、粗糙元等边界层发生装置,在该风洞中建立了边界层流场,测量了流场的平均风速剖面、湍流强度剖面、脉动风速的自相关系数、风谱等参数,讨论了湍流积分尺度的处理和大气边界层几何模拟比例的确定,用谱拟合法和自相关系数积分法求出了湍流积分尺度。结果分析表明:试验所得流场是合理的大气边界层模拟流场,其平均风速剖面幂指数α=0.3,大气边界层模拟比例为1∶500,为后续的建筑物模型动态风荷载试验提供了前提条件。     

大气边界层模拟的湍流相似

大气边界层的风洞模拟,是目前研究建筑物风载,污染质的大气扩散,以及解决某些环境科学和军事科学中大型课题的重要手段之一。在许多国家,风洞模拟已成为环境部门设计大型工程、林区、厂区和城区规划的主要依据。最初的大气边界层模拟装置,仅考虑形成一定的平均风速廓线,并未考虑到气流的湍流特性。微气象学的研究表明,大气的湍流特性是影响扩散的主要因素。特别是Monin和Obukhov通过大量实测资料提出大气表面层中的相似性理论,成为研究大气扩散的重要依据。从50年代开始,一些研究大气扩散和建筑物风载问题的长实验段风洞相继筹划和建立。其中较著名的有,美国科罗拉多州立大学的1.8米×1.8米×30米的回流式长实验段气      

湍流、风工程和虎门大桥的风振

正1972年,按照周恩来总理关于搞好基础科学研究的指示,周培源校长主持对湍流在国计民生重大课题中的应用展开广泛的学科调查[1]。翌年,在北大大型低速风洞完成千分之一比例的中性温度层结的大气边界层湍流结构的风洞模拟,开展对Dovenport和Harris等关于平坦地形的强风谱的风洞实验研究[2-3]。孙天风先生根据电力部的要求开展大型冷却塔的风工程研究,他是国内最早开展风工程研究的领头人,曾在北大风洞进行上海东方明珠电视塔     

全息技术在风洞应用中的若干问题初探

风洞实验是模拟飞行器(导弹、飞机等)飞行的实验,也是空气动力学研究的有力实验手段之一。它研究的对象是飞行体和空气的作用。在可压缩流中飞行体干扰周围流场,引起物理量的变化是相当剧烈的,例如:激波、膨胀波系、尾迹流、边界层等等。了解这些现象,对空气动力学的研究,是重要的和不可缺少的。      

大气边界层的一些空气动力学特征

本文在定常和中性温度层结条件下,首先介绍了均匀平坦地面上大气边界层的一些空气动力学特征,并将大气边界层与一般空气动力学边界层作了比较。然后介绍了地面粗糙度分布有阶跃变化以及非平坦地形上的大气边界层特征。文中说明,气流的平均流场结构以及湍流特性与均匀平坦地面的情形相比有显著不同。最后,提出了一些有待今后进一步研究的问题。      

近代流体力学的奠基人——路德维希·普朗特

路德维希·普朗特是近代流体力学的奠基人,也是德国空气动力学研究所的创始者。他对流体力学的最大贡献在于边界层理论和机翼理论;在超音速流动和湍流理论方面,也作出了开创性的工作;在风洞及其它空气动力学的实验设备的发展中,他留下了不可磨灭的业绩。此外,他还发现了扭转问题中的皂膜拟比,     

大气边界层流场的模拟与大气边界层风洞

动态风荷载测试数据的可靠性依赖于大气边界层流场的正确模拟。本文根据作者在ＦＤ－４大气边界层风洞中,进行大气边界层流场调试时,就如何准确模拟自然风的四个参数方面所积累经验的总结。     

中央电视塔气动弹性风洞模拟试验

按照空气动力弹性相似性准则设计了中央电视塔准仿气动弹性模型，在大气边界层风洞中进行了实验。应用应变仪测定了塔根部的动态弯矩，利用光纤－光点摄影摄像法测定了塔楼和天线顶端的风振运动轨迹，从而得到了中央电视塔对风响应的有关动态特性。     

全国实验流体力学学术会议简况

1981年3月召开的全国实验流体力学学术会议分高、低速风洞实验技术;工业空气动力学和激光技术及其应用;水力学和水动力学三个组交流了120余篇论文,大会宣读有73篇.从会议论文内容可以看出,在与国防有关的课题方面,已经使用了我国自己建成的     

全国实验流体力学学术会议简况

1981年3月召开的全国实验流体力学学术会议分高、低速风洞实验技术;工业空气动力学和激光技术及其应用;水力学和水动力学三个组交流了120余篇论文,大会宣读有73篇.从会议论文内容可以看出,在与国防有关的课题方面,已经使用了我国自己建成的 ...     

中央电视塔气动弹性风洞模拟试验

按照空气动力弹性相似性准则设计了中央电视塔准仿气动弹性模型，在大气边界层风洞中进行了实验，应用应变仪测定了塔根部的动态弯矩，利用光纤－光点摄影像法测定了塔楼和天线顶端的风振运动轨迹，从而得到了中央电视对风响应的有关动态特性。     

大型低速二元风洞侧壁边界层控制及对单段翼型实验结果的影响

本文简述了ＮＦ－３风洞二元实验段侧壁边界层吹除控制系统及具有吹气的模型实验方法，给出了不同吹气系数对风洞边界层的控制效果以及对相对厚度为７％的单段翼型实验结果的影响。初步实验研究结果表明，该控制系统能有效地改善风洞侧壁边界层的流动状态，减小侧壁干扰，改善翼型实验中的二元流动特性     

大气边界层的风洞模拟

本文通过比较大气边界层与不同比尺的模型实验，研究了风洞模型实验中的比尺效应。结果表明，大气边界层粗糙高度的比尺应当和边界层厚度比尺相等。边界层厚度的比尺在２００～４００之间时可以得到最好的速度分布的相似性，表面压强分布主要依赖于边界层比尺而与建筑物几何比尺关系不大。如果正确选择了粗糙高度比尺，扩散系数比尺和边界层厚度比尺相同。     

高层建筑标准模型风洞测压和测力试验研究

CAARC高层建筑标准模型是国际上通用的风工程标准模型之一,用来检验各个模拟自然风的风洞试验结果,以确保风洞试验测量数据的可信度。本研究使用缩尺比为1：300的CAARC模型,在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了B类和D类地面粗糙度风场下的刚性测压试验和高频动态天平试验。在刚性测压试验中测量了建筑模型表面在不同风速和风向角下的平均风压系数,并与国外风洞机构的试验数据进行了对比分析。在高频动态天平试验中,不同风向角下的结构气动力系数和顶点位移被给出,并同样与国外风洞机构进行了对比。风洞试验结果表明：TJ-2风洞能较好地模拟大气边界层风场,且风场品质较好;试验技术可靠,所测得的试验数据具有较高的精度。     

高耸格构式塔架风荷载试验研究

按照空气动力弹性相似准则,设计制作了某高压输电线路终端塔全塔气动弹性模型,并按响应相似原则模拟了柔拟了柔性输电导线;在大气边界层风洞中进行了风荷载及风振响应的试验研究,获得了塔架体型系数、风振响应和风振系数等设计数据,并研究了输电导线对塔架风振的影响。     

我国风工程研究现状与展望

 介绍了我国风工程的现状，提出了在大气边界层内风特性，风对 建筑物的作用，风对桥梁的作用，车辆空气动力特性，风力机空气动力 特性，风引起的污染扩散和质量迁移等研究中尚待解决的主要问题.     

一种新型转捩技术在跨音速风洞中的应用

针对传统金刚砂粗糙带在跨音速增压风洞实验中易脱落、随机误差大等问题,设计一种新型斑点型粗糙带,解决了大动压条件下,在模型表面实现固定转捩的问题。应用萘升华流动显示技术,分析了固定转捩和自由转捩条件下边界层变化情况;由测力实验得到GBM-01(AGARD-B)标准模型不同Ma数下的气动特性, 并与国外大风洞实验数据进行了比较。实验结果表明：新型斑点型粗糙带能够将层流边界层转变为湍流边界层,可以获得具有高雷诺数特点的数据,且强度高,是一种具有广阔应用前景的新型转捩技术。     

弯曲烟云的抬升模式和风洞实验相似准则

随着工业的发展,大气污染问题日益为人们所重视。为探索污染物的排放、扩散等规律,人们在现场实测、数值计算和风洞模拟三方面进行了大量的工作。现场实测要耗费大量人力物力财力,因而风洞模拟试验成了揭示某些大气扩散规律不可缺少的手段。特别是第50次欧洲力学会议各国科学家共同商讨后,风洞在解决大气边界层的模拟和污染扩散等问题的地位得以确立,环境风洞在各国得到了进一步的发展,显示了它在流体力学中的特殊地位。      

高超声速高焓边界层稳定性与转捩研究进展

边界层由层流向湍流的转捩是高超声速飞行器设计面临的重大空气动力学问题. 随着飞行速域与空域的不断拓展, 高超声速高焓边界层中的高温气体效应会使得量热完全气体假设失效, 从而深刻影响流动转捩过程. 相关研究涉及多个学科, 是典型的多物理场耦合问题. 近年来, 随着相关飞行器技术的快速发展, 高超声速高焓边界层转捩问题的重要性越来越得到体现, 相关研究已成为国际上的热点领域. 本文综述相关研究进展, 首先介绍目前常用的高温气体物理模型, 尤其关注热化学非平衡模型, 并介绍激波捕捉、激波装配和边界层方程解等常用的高焓流动求解方法, 以及相关风洞和飞行试验技术的进展. 然后综述高温气体效应对转捩过程中的感受性、模态增长、瞬态增长和非线性作用等的影响的相关研究, 其中流向不稳定性中出现较大增长率的第三模态和超声速模态引起了广泛的研究兴趣. 最后进行总结, 并对未来发展略作展望.