动网格模拟风振对超大瘦高型冷却塔风荷载的影响

利用Fluent软件对超大瘦高型冷却塔的风荷载进行了CFD数值模拟,获得冷却塔外表面的三维流场特性和风压系数分布曲线,并与规范数据进行比较,以验证数值模拟的准确性;利用CFD动网格研究风振条件下冷却塔内外壁的风压分布。结果表明:考虑风振特性后,冷却塔外壁风压呈现增大的趋势,最大负压位置即流动分离点在考虑风振时产生了滞后;对于本文研究的上下开口结构而言,在考虑风振作用后内部风压系数的绝对值整体偏大,且内部高压区的位置发生了变化;不考虑风振时内部风压高压区发生在接近塔底的区域,而考虑风振特性后,内部风压高压区发生在接近塔顶的区域。这说明风振在一定程度上改变了冷却塔内部风压的分布。     

屋面光伏板风荷载特性数值分析

风荷载在屋面光伏阵列结构体系设计中起控制作用。采用计算风工程的方法分析讨论了屋面光伏板的风荷载特性。数值算法采用分离涡模拟方法。数值计算结果与现有风洞实验数据的比较,验证了本文方法的正确性。考虑影响光伏板风荷载的因素主要有光伏板在屋面上的安装位置、安装倾角、光伏阵列之间的距离和风向等。计算结果表明,屋面处脱落的涡对安装在不同位置的光伏阵列风荷载的影响较明显。当倾角由15°增加到45°时,电池板受到的风荷载随着倾角的增加而增大。在一定阵列间距范围内,光伏板风荷载主要表现为前排对下游光伏板的遮挡影响。本文方法与结果能为屋面光伏建筑结构设计提供重要参考。     

锥形涡诱导下建筑物顶面风荷载

通过风洞模拟实验,研究了在锥形涡诱导下建筑物顶面风荷载的特性. 针对一个立方体形模 型,给出了在不同风向角下压力分布的系统结果,进而分析了产生这样结果的原因和流动机 理,以及建筑物顶面的分离流动结构随风向角改变而改变及其演化过程,并指出锥形涡的出 现是建筑物顶面局部出现峰值负压的主要原因. 实验结果还显示,在一定风向角下,由于分 离流动产生的锥形涡结构在屋顶局部可以诱导出时均负压峰值达$-1.0$以上;在风向角 $\beta =30^\circ$时,锥形涡强度达到最大,其诱导的顶面附近局部时均负压峰值可 达$-2.4$, 瞬时风压达$-5.7$以上,是导致建筑物屋顶在强风下损坏的根本原因.     

群体建筑风环境的数值模拟及分析

群体建筑的布局优化及结构抗风设计都需要准确预测建筑群的风环境．针对风环境研究的必要性, 将气体流场数值模拟(CFD)方法引入建筑群风场效应的预测和研究中,侧重模拟分析了建筑群的布局改变而引起的风速及风压场的变化,获得了特定情形下较合理的气动布局;同时表明数值模拟方法可以作为风洞试验的前期预测手段,并为群体建筑的布局优化及结构抗风设计提供科学依据．     

带TLD结构基于Davenport谱随机风振响应分析和风荷载取值的复模态法

对带TLD控制系统的高层建筑随机风振响应和等效静态设计风载取值问题进行了系统研究。针对主体结构用第一振型展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构运动方程,用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系随机风振响应的解析解,获得了带TLD结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应和等效静态设计风载的解析解,并给出算例,从而建立了非经典阻尼非对称被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法。由于获得解析解,故本文方法可用于带TMD、TLD等结构基于动力可靠度约束的抗风优化设计。此外,由于建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,利用等效单自由度体系与抗震反应谱的关系,本文方法还可用于非经典阻尼非对称被动控制结构基于抗震反应谱的地震作用取值。     

大跨裙摆屋盖脉动风荷载特性数值模拟研究

以苏州太平金融中心大跨裙摆屋盖为对象,采用LES大涡模拟方法,模拟并分析屋盖表面脉动风压分布特性、脉动风压谱,以及脉动风压空间相干性等。结果表明:屋盖风压能量集中于迎风状态的低频部分,屋盖主体与主楼连接位置的角部区域在锥形涡的作用下会出现脉动风压增大现象;测点间脉动风压相干性随着频率及测点间空间距离的增大而减小,在高频处,其相干函数衰减到0.2以下,可近似认为不相干。     

风荷载作用下上海地区外墙外保温系统性能研究

高层建筑随着高度的增加受到风荷载值也增加,外墙外保温系统受到风荷载影响亦增加.外墙外保温系统在交付后,开裂、脱落、渗水现象时有发生,严重时会造成脱落,存在安全质量隐患.本文根据上海地区外墙外保温的实际情况,对外墙外保温系统的风荷载设计值、空腔风压力损失、粘结力等进行计算,综合分析了风荷载对外墙外保温系统的影响及破坏机理,并提出了针对性的措施.     

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．     

敞开式大跨空间桁架结构风荷载分布特性研究

敞开式空间结构的桁架由于直接受气流作用,其流场空间分布复杂,风荷载确定困难,且风洞试验受模型缩尺比限制难于获取桁架结构上的气动力．借助数值风洞技术,利用高性能计算平台,本文数值求解了敞开式桁架结构的空间流场及风荷载分布．敞开式空间桁架结构整体风荷载表现为水平向为主,竖向不显著的特点,该点与封闭式桁架结构整体通常表现出竖向较强吸力作用明显不同．敞开式空间桁架结构整体风荷载对风向角表现并不敏感,其原因在于敞开式空间桁架的流场多处分离且相互干扰严重,其整体特征紊流不易在某个风向角下特别占优．     

一类复杂建筑外围装饰结构的风荷载参数研究

在建筑外围布置复杂装饰结构能够进一步提高建筑的视觉效果,但复杂装饰结构对风荷载的敏感性往往要超过主体建筑,因此对建筑结构的抗风设计安全性提出了更高的要求.建筑外围装饰结构由于其体量小数量大而导致直接进行物理风洞试验变得几乎不可能,因此本文研究利用数值风洞技术来解决外围装饰结构的风荷载问题.结合高性能的硬件计算平台,通过设置合理的网格剖分形式,解决了流苏结构多个移动位置下的三维空间高质量网格的生成难题.数值模拟了各层流苏在不同风向角下的风荷载体型系数分布规律,并统计分析了所有风向角下流苏结构体型系数极值分布,给出了设计所需的各层流苏极值风参数取值范围.数值模拟结果显示出了流苏结构风荷载的极值区域位于建筑外形的拐角区域,当结构面临可能的大风天气时,流苏结构的停止位置宜避免将长条的流苏杆件置于上述区域,以提高流苏结构的抗风安全性.     

公寓铝幕墙风荷载体型系数精细化分析

本文以北京冬奥运村公寓建设项目为工程背景,采用计算流体力学,基于大涡模拟对铝幕墙空腔装饰构件的风荷载体型系数进行研究．研究发现,在不同工况下,装饰构件法向风荷载体型系数整体大于切向风荷载体型系数,拐角区域的装饰构件会比平直区域的装饰构件受到更大的风压作用;建筑的风荷载体型系数的变化幅度会随着所在高度的增加而愈发明显．研究结论对该工程的幕墙设计及其连接件设计提供了精细化的荷载数据．     

大型冷却塔的风致振动响应数值分析

风荷载是大型冷却塔建筑设计的主要荷载之一,通过风振时域分析可以全面地了解塔身的风振响应特性。本文探讨了采用线性滤波法中的自回归模型(auto-regressive,AR)模拟大型冷却塔风致振动响应的数值方法。首先根据AR模型,基于随机模拟方法,计算冷却塔表面不同高度的随机脉动风压。通过将随机脉动风压和平均风压作为冷却塔表面的外载,采用有限元分析软件计算某冷却塔的风致振动响应。结果表明,基于随机脉动风荷载模拟的数值计算方法,能正确反映冷却塔塔身的风振响应。该方法特别适用于冷却塔高度超出规范要求的情况下,评估冷却塔的风振响应。     

大跨度桥梁空间脉动风场的计算机模拟

针对现有Deodatis方法模拟大跨度桥梁空间脉动风场中存在的计算量问题,通过对谱分解矩阵引入插值近似,减少谱分解的次数,从而提高该谐波合成法的计算效率,并节省内存花费,实现了对三维空间脉动风场的有效模拟。改进方法模拟的脉动风速样本仍保持各态历经性,且逐渐收敛到目标功率谱。用改进的Deodatis方法模拟了润扬长江悬索桥桥面主梁上作用的纵向脉动风速。结果表明,该改进措施对Deodatis方法的应用效果非常明显,改进的Deodatis方法模拟脉动风速样本的相关函数与目标相关函数均吻合良好。尽管改进后的Deo-datis方法对谱分解矩阵采用了插值近似,但模拟的随机风速样本仍具有很好的精度。     

高耸异型烟囱结构风压和风振系数试验研究

本文在模拟的大气边界层中,对某一发电厂高耸异型烟囱的刚性模型进行了测压试验研究,得到了这一结构的平均风压系数、最大和最小风压系数分布,以及该结构的风荷载体型系数;结果表明在烟囱外形明显变化的局部区域,风压绝对值较大,与理论分析一致。同时,对动态测力试验模型进行了高频动态天平测力试验研究,详细介绍了试验及数据处理方法,根据试验结果计算得到了该烟囱在风作用下的动力响应和风振系数;根据试验结果计算所得的风振系数值大于按规范公式估算值。这些结果不仅为结构的风荷载计算提供了依据,也有助于进一步认识该类异性烟囱结构的风荷载和风振特性。     

三角形格构式塔身杆件风荷载及流动干扰特性

针对输电塔结构精细设计及优化设计对杆件风荷载准确输入的要求,选用完全结构化的多块网格,通过求解N-S方程得到了不同风向角条件下的三角形塔身节段模型流场并利用风洞试验对其体型系数进行验证．与各国规范的对比分析表明,《英国杆塔荷载规范》可用于相关设计工作;分析了不同杆件风荷载随风向角变化的成因,指出了迎风面积变化主导了最上游主材的风荷载特性,而其它两根主材的风荷载同时受到迎风面积变化及上游杆件流动干扰的影响;利用不同高度、不同展向位置的截面流线方法研究了塔身节段模型杆件之间的流动干扰性态,结果表明,如下四种流动干扰行为共同决定了节段模型的杆件风荷载特性：a）相互独立的流动干扰杆件群;b）屏蔽作用;c）两组独立的斜置阵列的流动干扰作用;d）尾迹干扰作用．     

高层建筑风荷载反演研究

本文研究了结构参数未知条件下的高层建筑风荷载反演问题,通过将平均风速的实测特性作为识别计算中的辅助条件,文中提出了一类荷载归一化统计平均方法,结合工程实例,进行了高层建筑风荷载反演分析,结果表明,本文建议方法可以在幅值、时程等方面均给出良好的风荷载反演结果,同时识别得到的结构参数具有良好的精度。从而为高层建筑风荷载研究提供了一条可行途径。     

首都国际机场新航站大楼风压试验研究

通过１：１２０的模型风洞试验,测量了首都国际机场新航站大楼的风压分布,给出了结构风荷载体型系数,并测量了周围部分区域的风速分布,为工程设计提供了依据。试验结果表明：结构表面主要承受负压,周围个别别区域相对来风风速增大。     

体育场环状悬挑屋盖脉动风压数值模拟

本文提出了预测悬挑屋盖上脉动风压的实用方法,用数值模拟中稳态计算得到的平均压力、平均速度和湍动能的分布计算大跨屋盖的脉动风压。以昆山体育场为例,通过数值模拟的平均压力系数、湍动能分布及脉动风压与风洞实验结果的比较,验证了用数值模拟方法预测环状悬挑屋盖脉动风压的有效性,并建议了需选用的合适湍流模型和参考点的风速。