不同橫截面高層建筑全風向氣動性能CFD數(shù)值模擬研究.pdf

1、高層建筑結構與一般建筑、構件物不同，隨著高度的不斷增加，其抗風問題變得越來越突出。多年來高層建筑抗風評價主要是通過風洞試驗開展，但隨著計算機技術和計算風工程方法的快速發(fā)展，通過數(shù)值風洞來研究高層建筑氣動特征已成為風洞試驗之外的另一重要研究手段。高層建筑抗風的研究方法已從二維和定常模擬向三維和非定常研究發(fā)展。高層建筑的氣動外形對結構的抗風性能有很大影響，國內外對高層建筑的修正外形如開孔、削角、凹角進行過一系列研究，但對其全風向氣動性能研究

2、較少?；诖?，本文對六種不同截面（方形、矩形及10％修正率的削角、凹角截面），進行了全風向二維數(shù)值模擬計算，并對比分析了零度風向角下三維大渦模擬計算結果與二維模擬結果的差異。研究不同截面的繞流特性和氣動性能參數(shù)，分析了靜力三分力系數(shù)、表面壓力系數(shù)及斯托羅哈數(shù)等氣動參數(shù)，并比較了不同截面在氣動性能方面的優(yōu)劣。本文主要研究內容和結論如下:
　　首先，利用雷諾平均法(RANS)的k-ωSST模型計算了不同截面的二維繞流特性，與已有文獻結

3、果相對比驗證計算方法的可行性，并研究了零度風向角下各截面的靜力三分力系數(shù)、表面壓力系數(shù)及分布和斯托羅哈數(shù)等;計算了不同截面的雷諾數(shù)效應，發(fā)現(xiàn)在亞臨界區(qū)間內靜力三分力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化波動較小，斯托羅哈數(shù)也變化不大。
　　其次，通過二維數(shù)值模擬得到了不同截面全風向繞流特性，研究了三分力系數(shù)、斯托羅哈數(shù)隨風向角變化的規(guī)律曲線。方形截面和其削角、凹角截面相比較，削角、凹角截面可以有效減少氣動阻力，其中削角截面阻力性能更為優(yōu)越，在低風速下可

4、以減小阻力達30％。矩形削角、凹角截面斯托羅哈數(shù)隨風向角增加一路減少，并且在低風向角下平均阻力系數(shù)比矩形截面小，說明了修正的矩形截面也可以有效減小氣動阻力。
　　最后，通過大渦模擬方法模擬了不同截面柱體結構的三維繞流問題，也對縮尺比為1∶600的方形和矩形截面高層模型進行了數(shù)值模擬，研究了三分力系數(shù)、壓力分布系數(shù)和斯托羅哈數(shù)的相關規(guī)律，與二維計算結果相對比，本文計算結果與相關實驗結果比較吻合，更好捕捉了鈍體結構的真實繞流特性，說明