大气边界层与下击暴流的风场数值模拟

发布时间：2020-05-07 04:40

【摘要】：随着结构抗风研究的不断深入,如何准确地模拟出符合真实风场特性的大气边界层就成为了研究的关键性问题。为了研究大气边界层脉动风场的数值模拟方法,本文借助CFD软件,通过在全尺寸风场模型中布置粗糙元、扰流杆和格栅等构造措施,生成了理想的随机脉动风。对影响数值模拟结果的粗糙元高度、扰流杆间距及格栅布置情况等主要参数进行了分析,确定了其影响规律,并在此基础上对中国建筑规范中的四类地貌风场进行了数值模拟。此外,下击暴流作为常见风灾害的一种,但其对建筑结构的影响在中国建筑规范中尚未予以给出,本文通过CFD软件成功模拟出静止型与移动型下击暴流风场,得到以下结论：一、大气边界层脉动风场(1)粗糙元会显著增大近地面附近的湍流强度,且其增大作用与影响范围随着粗糙元高度的增大而增大；(2)扰流杆对流场上部湍流强度增大作用明显,且其增大效果随着扰流杆的密度增大而增大；(3)通过布置展向格栅可以辅助增大粗糙元与扰流杆影响范围中间交界部分的湍流扰动；(4)通过布置粗糙元、扰流杆与展向格栅的方法可以实现了对边界层风场湍流强度的改变,证明了生成大气边界层风场脉动入口数值方法的可行性,得到的时程数据为后续的结构绕流提供了有价值的来流生成方法。二、下击暴流风场(1)壁面射流模型可以很好地反映下击暴流风场基本特性,所得到的数值模拟结果与经验剖面有着较好的吻合度；(2)在下击暴流风场中,径向风剖面中的水平风速会在距风暴中心径向距离为1Djet处达到最大值,竖向风剖面中的水平风速会在离地高度为80m附近处达到最大值,这与大气边界层风场特性存在显著差异；(3)借助于CFD中的滑移网格技术,对移动壁面射流模型进行数值模拟,可以很好地反映移动型下击暴流风场基本特性。
【图文】：

新奥尔良,飓风,美国

２００５年，美国的路易斯安娜州以及密西西比州等地先后先后遭受了邋“卡特里娜”逡逑以及“丽塔”观风的袭击，千余人死亡，数百万人流离失所，直接经济损失高达千亿逡逑美元（图１－１）。我国同样也是遭受风灾害严重的国家之一，２００４年“云娜”台风登陆逡逑我国浙江，造成约１８０人死亡，２００亿人民币的直接经济损失；２００９年８月，台风“莫逡逑拉克”登陆台湾花莲，总计造成超过１１００亿台币损失，５００余人丧生（图１－２）。逡逑图１－１飓风“卡特里娜＂袭击美国新奥尔良市邋图１－２台风“莫拉克”登陆台湾花莲逡逑风灾害导致的各种破坏中，对建筑结构所造成的损伤一直非常严重，无论是高层逡逑建筑、体育场馆还是机场港口、巨型广告牌，都会经常风灾害的威胁。２００５年，美国逡逑新奥尔良市收到“卡特里娜”厢风袭击，Ｈｙａｔｔ邋Ｒｅｇｅｎｃｙ酒店的玻璃幕墙在袭击中严重逡逑破坏。我国的建筑结构也同样长期受到风灾害的影响，２００２年８月，我国苏州市尚未逡逑建成的一座体育场４０００多平方米的顶棚被强风直接掀去。逡逑伴随着现代社会的飞速进步以及工程技术的不断发展，建筑物高度与跨度记录不逡逑断地被刷新。这就要求建筑材料需要满足轻质高强的要求

花莲,拉克,建筑结构,台湾

２００５年，美国的路易斯安娜州以及密西西比州等地先后先后遭受了邋“卡特里娜”逡逑以及“丽塔”观风的袭击，千余人死亡，数百万人流离失所，，直接经济损失高达千亿逡逑美元（图１－１）。我国同样也是遭受风灾害严重的国家之一，２００４年“云娜”台风登陆逡逑我国浙江，造成约１８０人死亡，２００亿人民币的直接经济损失；２００９年８月，台风“莫逡逑拉克”登陆台湾花莲，总计造成超过１１００亿台币损失，５００余人丧生（图１－２）。逡逑图１－１飓风“卡特里娜＂袭击美国新奥尔良市邋图１－２台风“莫拉克”登陆台湾花莲逡逑风灾害导致的各种破坏中，对建筑结构所造成的损伤一直非常严重，无论是高层逡逑建筑、体育场馆还是机场港口、巨型广告牌，都会经常风灾害的威胁。２００５年，美国逡逑新奥尔良市收到“卡特里娜”厢风袭击，Ｈｙａｔｔ邋Ｒｅｇｅｎｃｙ酒店的玻璃幕墙在袭击中严重逡逑破坏。我国的建筑结构也同样长期受到风灾害的影响，２００２年８月，我国苏州市尚未逡逑建成的一座体育场４０００多平方米的顶棚被强风直接掀去。逡逑伴随着现代社会的飞速进步以及工程技术的不断发展，建筑物高度与跨度记录不逡逑断地被刷新。这就要求建筑材料需要满足轻质高强的要求
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P425.65

【参考文献】