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      

城市和工业区大气环境评估与流动实验--风环境模拟研究之二

借用实验流体力学分层流实验技术，采用均匀的水模拟中性大气，表示大气随高度没有变化，再用盐水进行密度分层来模拟大气温度随高度变化的稳定层结大气，丰富了大气环境的实验研究手段，本介绍用水来模拟大气的相似理论和实验研究方法，针对北京市地形对城市大气环境影响变化，来解释和说明首都在解决城市环境污染治理上应该关注的问题。同时结合福建省某核电厂厂址地区受地形影响，分析在厂运行期间排出的放射性气载释放物的大气输运和扩散影响，以及提供突发性污染事故应急预警方案，采用现场实测、水槽模拟和数值计算等3种手段，开展研究并取得成功、     

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。     

基于调节片的风速剖面模拟装置实验研究

在模拟大气边界层流动的风洞中,风速剖面模拟是关键技术之一.为了在风洞中实现大气边界层风速剖面的模拟,在风洞试验段内产生满足要求的风速剖面,本文针对一种基于调节片的风速剖面模拟装置进行了实验研究.这种基于调节片的风速剖面模拟装置在高度方向分为若干层,每层均由3片调节片组成,每片调节片按相同的规律开孔,且每层调节片均可独立...     

大气边界层湍流扩散的实验室模拟问题

对模拟大气流动的相似准则进行了评述,发现雷诺数的独立性概念是很有用的,在足够高的雷诺数下几何相似的流动就相似,为了获得不同尺度湍流对扩散作用的清晰概念,讨论泰勒扩散方程谱的形式是很必要的,作为烟云扩散的研究,不仅要适当地模拟湍流强度的分量,而且要求模拟每一个分量的谱,考虑到谱分量对扩散的重要性,本文详细地描述了在风洞中模拟谱的测量,有关齐鲁石化公司大气污染扩散的模拟试验当作一应用实例进行了描述。     

大气边界层内羽流扩散研究

主要研究了高架点源的污染,即``羽流扩散'. 由于大气边界层内的湍流运动,引 起污染物扩散的主要因素是湍流扩散, 研究湍流扩散有两种基本方法：统计理论和梯度理论. 采用拉格朗日粒子扩散模型 (Lagrangian particle dispersion model, LPDM)来评价羽流扩散的平均浓度,分别计算了表征扩散程度的3个参数：沿烟轴方向的 着地浓度、水平方向的羽流扩散宽度和垂直方向的羽流扩散宽度. 从计算结果和风洞实验的 数据对比来看,用该模式可以较好地模拟大气边界层内复杂气候条件下的羽流扩散.     

局部开洞的落地四坡房屋表面风压分布研究

为研究局部开洞的落地四坡房屋表面风压分布,基于流体动力学和大气边界层基本理论,运用FLUENT软件并借助开洞TTU标准模型的现场实测试验数据,分析与探讨了数值风洞尺寸、离散格式、求解算法、网格划分技术等关键参数及技术,建立了开洞落地四坡房屋的数值风洞。在此基础上,以洞口大小、洞口位置及单面、多面开洞为分析变量,进行了59种开洞房屋工况表面风压分布数值模拟,得到了各变量对房屋表面风压分布,提出了整体结构抗风设计的风荷载体型系数。分析结果表明:开洞对落地四坡房屋风压分布影响显著,风压数值变化大,甚至出现正负压交变;迎风面单面开洞时最为不利,屋盖的风压系数峰值高达-1.24,设计及使用时应引起足够的重视。     

跨超声速风洞扩散段流动分离控制设计参数研究

为抑制跨超声速风洞扩散段的分离,提出了一种较为完备的设计方法。由于影响扩散段性能的参数较多,完全通过试验方法进行设计的成本过高,该方法通过数值模拟,结合适当的边界条件,详细描述了扩散段角度、分流锥角度与长度、孔板开孔率对扩散段性能的影响;从数值模拟的结果可以看出,孔板开孔率和扩开角对扩散段性能有显著影响,通过比较得出较为合理的参数匹配,提高了扩散段的防分离性能,并改善了出口气流质量。数值结果与试验结果结论一致,表明本文所用的方法用于扩散段气动设计是可行的,为数值模拟方法应用于风洞部段气动设计创造了一定的条件。     

全国风工程实验设备、技术和应用学术讨论会

会议由中国空气动力学研究会工业空气动力学专业委员会在北京召开。来自全国45个单位的85名代表出席了讨论会。36位代表宣读了论文或作了重要发言。代表们围绕以下几个方面进行了交流和讨论:①风工程实验设备(风洞、水洞、水槽等),特别是大气边界层风洞和一些非航空的专用风洞的设计、施工和调试的经验;②风工程实验与测试技术,包括风工程实验的相似准则,大气边界层的物理模拟技术,风速风向、湍流结构、浓度、压力等的测      

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。     

亚微米颗粒在汇作用下运动机理的实验研究

当前,城市空气质量的不断恶化,引起了公众的普遍性关注.空气中的悬浮颗粒物,是城市大气环境重要污染源之一,其分布、运动及扩散规律已成为科学领域的研究热点.与连续流体不同,大气中的悬浮颗粒物是离散的,确定颗粒运动的模型是研究大气细微颗粒污染问题的关键.本文拟研究小空间静稳空气中亚微米级颗粒在汇作用下的运动规律,并构建其运动模型.在密闭实验空间中通过燃烧生成亚微米颗粒,利用静电吸附装置模拟颗粒汇,并通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)实验和激光多普勒测速仪(lasser Doppler velocimeter,LDV)实验技术测量分析不同空间内亚微米颗粒在大气中的热运动速度和在汇作用下的运动规律,并推导出颗粒物的速度分布经验公式.结果显示:粒子在汇作用下的运动与连续流体汇运动规律类似,但在小空间内颗粒的运动不满足流体连续方程;说明在无气流夹带输运情况下,利用汇作用及颗粒的扩散而发展的颗粒净化技术是可行的.     

空中爆炸冲击波(Ⅱ)测量技术

一,基本特点 空中爆炸冲击波是在核武器出现之后才被深入研究的一门学科,通过多种多样的核爆炸试验,人们掌握了大量现场实测数据,现今,空中爆炸冲击波的形成和传播的主要规律已作为一门比较成熟的知识被广泛应用了。在核试验中,可通过冲击波测量准确确定其爆点位置和当量,参与核武器的性能鉴定。通过核试验中大量冲击波测值的分析研究,各试验国家都建立起了一套武器效应研究。     

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     

基于雷诺应力模型的平衡大气边界层模拟

基于雷诺应力湍流模型（简称RSM模型）,研究了平衡大气边界层风场数值模拟问题．假设流体不可压,且不计雷诺应力输运方程中的对流项、浮力产生项、系统旋转产生项和扩散项,在准各向同性的条件下,推导出RSM模型湍动能k的表达式是标准k-ε模型k常数表达式的0.893倍．考虑k沿高度变化的修正,根据在标准k-ε模型中满足水平均匀性的湍流来流边界条件,提出在RSM模型中产生平衡大气边界层的湍流来流边界条件．基于空风洞的数值模拟结果表明,与工程上常用的湍流来流边界条件相比,基于本文提出的湍流来流边界条件得到的风场水平均匀性更优,且在整个流域内,得到的雷诺应力剖面更合适．从而验证了该湍流来流边界条件的适用性．     

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．     

盐岩储库区地面沉降预测与控制研究现状与展望

利用盐岩地层建设地下油气储库群已成为各国发展能源储备的重要方向,然而关于储库区地面沉降的研究至今仍处于探索阶段。由于地面沉降所造成的重大事故屡见不鲜,因此有必要集中力量研究盐岩库区地面沉降问题,为我国盐岩储库群的建设提供可靠的理论依据。本文主要从以下3个方面总结了近几十年来国内外学者在盐岩储库区地面沉降预测方面所做出的努力与成绩： （1）现场监测——法国、德国、美国先后建立了现场监测网络,获得了大量的长期监测数据;  （2）理论计算——我国学者于20世纪90年代末将随机介质理论引入到盐矿水溶开采地面沉降预测中,从而为储库区地面沉降预测提供了新的理论基础;  （3）数值模拟——欧洲学者利用FLAC2D 程序对盐岩储库区的地面稳定性进行了数值模拟,而我国学者则利用在新概率积分法的基础上建立起的预测模型成功进行了沉降预测模拟。此外,为了有效地控制库区地面变形,预留矿柱式水溶开采法在国外众多盐岩地下储库群建设中得以广泛应用。本文最后提出在后续研究中将重点着眼于地表变形随时间的发展过程,并对现有理论模型进行适当的修正以及利用现场实测数据进一步完善预测所需参数的选取方法,从而使预测结果更为准确可靠。     

大型冷却塔群风荷载问题的风洞模拟

本实验通过中性大气边界层湍流特性的风洞模拟,在1/1000的冷却塔模型上得到和原型实测结果相近的周向压力分布。利用中间1/3塔高上周向压力分布和圆柱压力分布的相似性,用强湍流度和弱湍流度均匀来流中双柱的相互作用来模拟塔群平面布局对风载的影响。实验结果表明,在弱湍流度均匀来流以及L/D=2—3和a=5°—10°的条件下,后柱前沿出现较强的集中涡,使后柱的升力系数达到-1.0,Cp_(min)迅速降到-1.75。这种在强稳定层结的大气条件下可能出现的弱湍流度均匀来流中的塔间干扰,应是渡桥电厂后排各塔倒塌的各种可能之一,需在火力发电站设计规划中加以考虑。     

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。     

环境流体力学 (上)

1.本文讨论了环境流体力学的一般领域和这个研究课题的应用。2.在理论、计算、物理模拟和现场研究方面,评述了大气和海洋中流体流动的一些问题。因为它们对于环境问题实际上很重要。例如在表面层、混合层、空气流过粗糙度不断变化的表面和流体流过沙波或海湾岩床等情况下出现的分层效应。3.也讨论了人类活动和环境的相互作用产生的一些流体力学问题。例如作用在建筑物上的定常流动、振荡流动和旋涡流动的流体力(简略涉及波能);障碍物的绕流和下游流动(包括高层建筑物附近风对人的影响);空气中(包括稠密气体的影响)和水道中(也括“热”污染)污染物的扩散。      

高超声速激波风洞研究进展

回顾了高超声速激波风洞的研制与发展,并依据高超声速实验研究对地面实验模拟技术的要求,分别介绍了应用轻气体、自由活塞和爆轰驱动技术研制的主要激波风洞的性能、特点和存在问题.重点介绍了爆轰驱动高焓激波风洞的3种主要运行模式:反向、正向爆轰驱动与双爆轰驱动. 根据这些运行模式的工作原理,分析了应用这些驱动技术产生的高温、高压气源的特点,探讨了不同驱动技术可能影响激波风洞性能的关键问题与解决方法.目前发展的激波风洞已经能够用于开展马赫数3$\sim$30的高超声速流动的试验模拟研究,但是试验气流的品质还不能满足高超声速科技研究的需求.为了获得可靠的实验结果, 通过不断改进、完善、提高激波风洞的性能,尽可能复现高超声速飞行条件是今后主要的研究方向.