在區(qū)域邊界層模式的數(shù)值模擬中引入建筑物的影響,與實(shí)際觀測的對比表明,模擬結(jié)果能較好地體現(xiàn)建筑物對城市風(fēng)場的影響,提高了模擬性能。本研究根據(jù)城市形態(tài)特征,設(shè)計(jì)不同建筑物高度和密度的敏感性試驗(yàn),結(jié)果表明:建筑物一般會使城市地區(qū)風(fēng)速減小,風(fēng)速最大可減小1.6m/s,易引起低層氣流的輻合。湍流動能中的機(jī)械產(chǎn)生作用增加,湍流交換加強(qiáng),大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性增大,混合層高度增加。地表和大氣之間動量交換被削弱;日間熱量交換減弱,夜間熱量交換增強(qiáng)。這些變化表明,建筑物對城市氣流及邊界層結(jié)構(gòu)的影響十分明顯,尤其在風(fēng)速較大的時(shí)候。

　第28卷　第1期空氣動力學(xué)學(xué)報(bào)vol.28,no.1　 　2010年2月actaaerodynamicasinicafeb.,2010　 文章編號:025821825(2010)0120082206 低層房屋屋面平均風(fēng)壓的風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬 顧　明1,趙雅麗1,黃　強(qiáng)1,黃　鵬1,全　涌1,謝壯寧2 (1.同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200092;2.汕頭大學(xué)土木學(xué)院,廣東515063) 摘　要:對我國沿海地區(qū)常見低層雙坡房屋模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn),獲得屋面平均風(fēng)壓分布;同時(shí)對相同形狀的實(shí)際建 筑采用數(shù)值模擬方法計(jì)算了屋面的風(fēng)壓分布。結(jié)果表明數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果在整體趨勢上吻合較好。這表 明數(shù)值模擬方法可以和風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合,為低層房屋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。結(jié)果還表明,

通過對平板湍流邊界層進(jìn)行大渦模擬,采用擬周期邊界條件維持湍流邊界層厚度穩(wěn)定,提取速度和壓力時(shí)程作為低矮建筑繞流模擬之脈動入流邊界條件,研究脈動入流下的低矮建筑繞流特性。研究結(jié)果表明:入流邊界特性對網(wǎng)格變化適應(yīng)性良好,其平均速度剖面、湍流強(qiáng)度、流速頻譜特性基本符合空曠地貌風(fēng)場特性;脈動入流下,建筑表面的平均風(fēng)壓系數(shù)、脈動風(fēng)壓系數(shù)的計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。受雷諾數(shù)及湍流強(qiáng)度的影響,流動分離區(qū)負(fù)壓與試驗(yàn)值存在一定差別;屋蓋上分離區(qū)風(fēng)壓時(shí)程具有非高斯概率特性,尤以氣流分離較劇烈的屋蓋迎風(fēng)邊緣及屋蓋兩側(cè)風(fēng)壓的非高斯特性明顯,該特征與風(fēng)洞試驗(yàn)基本一致;受非高斯特性的影響,建議峰值因子g取4.5~5.5。

采用了一種大氣邊界層自保持的方法,并基于sstk-ω湍流模型,從壓力等值線、平均風(fēng)速和湍動能等方面,對建筑物表面風(fēng)壓進(jìn)行了研究,指出大氣邊界層自保持方法可以應(yīng)用于建筑物風(fēng)壓計(jì)算中。

目前超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析常采用的是規(guī)范的簡化理論方法和基于風(fēng)洞試驗(yàn)方法頻域方法,隨著結(jié)構(gòu)體型的復(fù)雜化或周邊建筑對風(fēng)場有明顯干擾時(shí),進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)振時(shí)程分析是更為簡單直接有效的方法。本文通過編程實(shí)現(xiàn)生成風(fēng)洞試驗(yàn)中風(fēng)荷載時(shí)程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析,獲得整體結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及加速度時(shí)程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度評估提供了可行的方法。

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究——以株洲體育中心大跨屋蓋為背景，通過剛性模型的風(fēng)洞試驗(yàn)研究，獲得了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)在各種不同情況下的平均風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律，為體育場屋蓋在不同情況下的風(fēng)振響應(yīng)理論分析提供了依據(jù)．

規(guī)范所提供的風(fēng)荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求,必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn).對不同結(jié)構(gòu)類型及部位(如高層結(jié)構(gòu)、大跨屋蓋、玻璃幕墻等)所需要的風(fēng)洞試驗(yàn)資料及風(fēng)荷載參數(shù)都是不同的,簡單地提供建筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)不能滿足各結(jié)構(gòu)物和維護(hù)體系設(shè)計(jì)的需要.本文切合實(shí)際結(jié)構(gòu),建立了面向各類結(jié)構(gòu)物各抗風(fēng)設(shè)計(jì)階段的風(fēng)洞試驗(yàn)方法.

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)的風(fēng)洞試驗(yàn)與原型實(shí)測研究——以廣州國際會展中心為工程案例，進(jìn)行了剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)和有限元模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了屋蓋的風(fēng)致位移響應(yīng)，結(jié)果表明，對于屋蓋風(fēng)振響應(yīng)影響最大的因素是結(jié)構(gòu)的基階振型，其次才是風(fēng)荷載；隨著阻尼比的增加...

通過風(fēng)洞測力試驗(yàn),研究了不同沙濃度和風(fēng)速條件下風(fēng)沙對低矮建筑整體受力的影響。研究結(jié)果表明:和凈風(fēng)工況相比,風(fēng)沙對低矮建筑整體受力有著較大影響。風(fēng)沙對低矮建筑平均基底剪力系數(shù)有著明顯的增大作用,且沙濃度越大,增大的越明顯。而對于脈動基底剪力系數(shù)的影響,除了與沙濃度有關(guān)之外,還與指示風(fēng)速有關(guān)。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí),風(fēng)沙增大了試驗(yàn)房的脈動效應(yīng),而當(dāng)風(fēng)速較大時(shí),風(fēng)沙減小了試驗(yàn)房的脈動效應(yīng)。

由于壁面的存在，風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M的流場與真實(shí)大氣的自由流場存在差別．在特定情況下，阻塞效應(yīng)將對流場和建筑風(fēng)荷載產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差．然而，當(dāng)前結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究人員對阻塞效應(yīng)的認(rèn)識尚且不足．首先，簡要介紹了阻塞效應(yīng)的機(jī)理，并歸納了阻塞效應(yīng)對流場和建筑風(fēng)荷載的影響．然后，總結(jié)了阻塞效應(yīng)的影響因素（來流特性，建筑的外形、數(shù)量和布置方式等），回顧了涉及試驗(yàn)和數(shù)值模擬的阻塞效應(yīng)修正方法，并列出了重要文獻(xiàn)中對阻塞比的規(guī)定．最后，提出了今后值得研究的方向．

分析了某高層建筑的多通道同步測壓風(fēng)洞試驗(yàn)。利用隨機(jī)振動理論計(jì)算了結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載,分析了風(fēng)荷載隨風(fēng)向的變化關(guān)系,計(jì)算了結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),對居住者舒適度進(jìn)行了評價(jià)。

橋梁應(yīng)具有抵抗風(fēng)作用的能力,特別是大跨度橋梁,其柔性較大,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮顫振、抖振、渦激振動等空氣動力問題,通過抗風(fēng)設(shè)計(jì)、風(fēng)洞試驗(yàn)、抗風(fēng)措施來確定橋梁風(fēng)荷載和抗風(fēng)性能是大跨度柔性橋梁抗風(fēng)研究的主要手段。

橋梁節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)研討 作者：宋錦忠，徐建英 作者單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海200092 本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/conference_6513792.aspx

在大氣邊界層風(fēng)洞中模擬了b、c、d三類地貌的風(fēng)場,對矩形和方形模型進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn),分析了不同風(fēng)場下矩形和方形模型的風(fēng)壓分布、順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜和風(fēng)壓空間相關(guān)性。結(jié)果表明：b、c、d三類風(fēng)場下,平均風(fēng)壓系數(shù)逐步減小,脈動風(fēng)壓系數(shù)逐步增大,順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜峰值對應(yīng)頻率基本一致;順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜分布特征隨高度變化不大;風(fēng)壓水平和豎向相關(guān)性隨距離增加而減小;湍流度的增大使得迎風(fēng)面水平和豎向風(fēng)壓相關(guān)性增大。

用縮尺比為1:300的剛性模型對巨型高層開洞建筑進(jìn)行了風(fēng)洞測壓試驗(yàn),研究了c類場地、16個(gè)來流風(fēng)向條件下,模型各表面(包括洞口內(nèi)部)的風(fēng)壓分布特性等,并確定了結(jié)構(gòu)總體風(fēng)荷載及最不利風(fēng)向角.結(jié)果表明:洞口的設(shè)置減小了建筑物所受的總體平均風(fēng)荷載,但并非洞口越大減小風(fēng)荷載越多.在建筑物上部開洞,對減小基礎(chǔ)所受彎矩非常有利,而在中上部開洞則對減小總體平均風(fēng)荷載更為有效,并且當(dāng)風(fēng)向與開洞方向平行時(shí)基礎(chǔ)所受的總平均風(fēng)荷載最小.風(fēng)荷載沿建筑高度的變化并非按規(guī)范中的規(guī)律分布,而是中上部大、兩端小.

設(shè)計(jì)了一個(gè)考慮城市建筑物動力作用和人為熱量影響的城市邊界層參數(shù)化方案(ubp),并將之耦合到新一代中尺度模式wrf中。利用wrf/ubp模式對北京地區(qū)夏季晴空下邊界層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,并與不考慮建筑物及人為熱源影響的myj方案的模擬結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明,ubp方案模擬的邊界層結(jié)構(gòu)反映了城市下墊面作用下的邊界層結(jié)構(gòu)特征,近地面層風(fēng)場和溫度場的模擬與自動氣象站的觀測結(jié)果更為接近。人為熱源使得城市熱島效應(yīng)增強(qiáng),診斷分析顯示由于夜間為穩(wěn)定邊界層,而白天邊界層發(fā)展,湍流輸送加強(qiáng),熱島效應(yīng)的日變化與人為熱源的日變化有明顯的反相關(guān)。另外,對湍流動能和邊界層高度也進(jìn)行了對比分析,發(fā)現(xiàn)城市建筑物使得湍流動能增加,夜間邊界層高度有明顯升高。研究表明,考慮了建筑物影響的ubp方案大大改善了模式對于城市近地面要素的模擬能力,對城市邊界層的描述更為合理。

按照相似準(zhǔn)則,設(shè)計(jì)制作了精細(xì)的角鋼輸電塔氣彈模型,基于過境臺風(fēng)氣象資料和臺風(fēng)風(fēng)場模型確定了工程所在地區(qū)的風(fēng)場參數(shù),并進(jìn)行了b類風(fēng)場和臺風(fēng)風(fēng)場的測振對比試驗(yàn),研究了臺風(fēng)風(fēng)場作用下角鋼塔的風(fēng)振特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:兩類風(fēng)場作用下,角鋼塔的風(fēng)振特性基本相似,各風(fēng)向角下除了塔身整體雙向彎曲振動外,還伴隨了較明顯的塔頭扭轉(zhuǎn)振動,導(dǎo)致各工況下橫擔(dān)端部測點(diǎn)的加速度響應(yīng)約為相近高度塔身的1.56～2.45倍,因此長橫擔(dān)角鋼輸電塔的風(fēng)致扭轉(zhuǎn)振動值得注意;相比b類風(fēng)場,臺風(fēng)風(fēng)場的高湍流特性導(dǎo)致順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)增大明顯,為b類風(fēng)場的1.3～1.6倍,但橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)增大并不明顯,這也說明橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)主要與結(jié)構(gòu)本身特征湍流相關(guān),與來流的湍流度相關(guān)性較弱。

高層建筑的橫向風(fēng)振現(xiàn)象(振動方向與風(fēng)向垂直)是建筑設(shè)計(jì)師不得不考慮的因素。通過制作簡易風(fēng)洞箱,成功模擬出高層建筑模型的橫向風(fēng)振現(xiàn)象,并采用不同高寬比的建筑模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測試出橫向風(fēng)振起主導(dǎo)作用的高寬比。運(yùn)用矩形立面建筑模型與鋸齒形轉(zhuǎn)角立面模型的幅度對比實(shí)驗(yàn)和簡易煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得出:鋸齒形的轉(zhuǎn)角立面可以削弱建筑物的振動頻率。

對自行研制的一船用空氣推進(jìn)導(dǎo)管螺旋槳系統(tǒng)的導(dǎo)管和槳后整流支架的空氣動力學(xué)性能在試驗(yàn)雷諾數(shù)范圍進(jìn)行了風(fēng)洞模型試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明,導(dǎo)管和槳后整流支架明顯改善了系統(tǒng)的空氣動力學(xué)性能,螺旋槳系統(tǒng)的推力系數(shù)和效率都有較明顯提高,螺旋槳系統(tǒng)的原地靜推力和倒車性能也得到很大改善。

利用開路式風(fēng)洞系統(tǒng)和sympatec激光粒度儀測試了參考噴頭的霧譜尺寸以此作為噴頭霧譜等級的依據(jù)。對扇形霧噴頭在不同壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀距離情況下的霧滴粒徑、數(shù)量和范圍進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀之間距離的增大,都導(dǎo)致扇形霧噴頭的霧滴體積中徑變小,尺寸小于150μm的霧滴占全部霧滴體積的百分比變大,增加了農(nóng)藥脫靶飄移的可能性,同時(shí)壓力和風(fēng)速的增大都導(dǎo)致部分噴頭的霧譜等級降低。為了保證激光粒度儀對霧滴粒徑測試結(jié)果的可靠性,可以使用風(fēng)洞試驗(yàn)和調(diào)整噴頭與激光粒度儀的距離,來減小因細(xì)小霧滴通過激光束過程中速度迅速衰減而對測量結(jié)果帶來的影響。

以秦皇島港大型煤堆防風(fēng)網(wǎng)為例,介紹了如何利用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法測定防風(fēng)網(wǎng)的阻力系數(shù)。通過測壓與測力兩種試驗(yàn)手段,對蝶形防風(fēng)網(wǎng)和相同透風(fēng)率下的平板防風(fēng)網(wǎng)兩種模型進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)研究。利用測壓試驗(yàn)得到了蝶形防風(fēng)網(wǎng)的壓力損失系數(shù),計(jì)算得到了平板網(wǎng)壓力損失系數(shù),二者比值可作為平板防風(fēng)網(wǎng)和蝶形防風(fēng)網(wǎng)阻力系數(shù)的傳遞條件。測力試驗(yàn)得到的蝶形防風(fēng)網(wǎng)阻力系數(shù)可根據(jù)風(fēng)洞有效阻塞率進(jìn)行修正。通過對不同孔徑下平板網(wǎng)測力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得到了防風(fēng)網(wǎng)孔徑與阻力系數(shù)之間的線性表達(dá)式。對于兩種方式得到的蝶形防風(fēng)網(wǎng)阻力系數(shù),綜合考慮各種條件,得到了真實(shí)網(wǎng)型的風(fēng)阻系數(shù),可作為防風(fēng)網(wǎng)防風(fēng)安全設(shè)計(jì)的風(fēng)荷載參數(shù)。

基于單體高層建筑模型的尾流面積法,提出了適用于群體高層建筑模型風(fēng)洞試驗(yàn)阻塞效應(yīng)的修正方法.給出了群體建筑的流場模式和基本假定,推導(dǎo)了修正公式,將尾流面積法的適用范圍推廣到同時(shí)布置兩個(gè)或多個(gè)建筑的阻塞效應(yīng)的修正.利用均勻流中典型周邊布置方案的等高雙建筑和等高三建筑的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)擬合,并在不同工況下驗(yàn)證了修正方法.該方法可在較高精度范圍內(nèi)滿足工程項(xiàng)目的需要.