考慮地形影響的雷暴沖擊風(fēng)場(chǎng)特性研究.pdf

1、雷暴沖擊風(fēng)為雷暴天氣中下沉氣流猛烈沖擊地面并擴(kuò)散而引起近地面短時(shí)強(qiáng)風(fēng)的災(zāi)害現(xiàn)象，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的破壞性。目前，雷暴沖擊風(fēng)的研究重點(diǎn)主要集中在平地地形下穩(wěn)態(tài)沖擊風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性上。一方面對(duì)各國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范中規(guī)定的典型山地地形（坡地和山體）的風(fēng)場(chǎng)分布特征研究比較少；另一方面考慮雷暴沖擊風(fēng)非穩(wěn)態(tài)特征的研究也很少。論文對(duì)平地、坡地和山體地形下的穩(wěn)態(tài)雷暴沖擊風(fēng)場(chǎng)和入口風(fēng)速發(fā)生變化的非穩(wěn)態(tài)沖擊風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了相關(guān)研究。
　?。?）對(duì)平地、坡地地形下的

2、雷暴沖擊風(fēng)進(jìn)行三維縮尺物理實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行同比例的三維縮尺CFD數(shù)值模擬加以驗(yàn)證和補(bǔ)充，與已有的分析、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，給出了局部地形參數(shù)變化對(duì)于雷暴沖擊風(fēng)流場(chǎng)、瞬態(tài)風(fēng)速特征和平均風(fēng)特性影響的基本規(guī)律。平地地形下最大水平風(fēng)速出現(xiàn)的徑向位置在距離下沉氣流沖擊地面中心點(diǎn)r=1.0Djet~1.25Djet之間，隨著徑向距離的增加，最大風(fēng)速值 umax減小，但 umax出現(xiàn)的高度位置升高。在近地面區(qū)域，同一高度水平風(fēng)速值隨著距離下沉

3、氣流沖擊地面中心點(diǎn)的徑向距離增加而先呈線性增大，達(dá)到最大值后又逐漸減小，其水平影響范圍呈現(xiàn)局部性特征。
　?。?）坡地和山體地形下的沖擊射流在檐口位置都有加速效應(yīng)，而起坡位置、坡中位置和坡后2h位置處都沒(méi)有加速效應(yīng)。坡地地形下數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)得到的水平風(fēng)速加速因子隨高度的變化曲線比較吻合。在近地面區(qū)域，坡地地形在檐口位置產(chǎn)生十分明顯的平均風(fēng)加速效應(yīng)，最大加速因子為1.3左右；隨著坡度增大加速效應(yīng)更加明顯，一是產(chǎn)生加速效應(yīng)（Mt>

4、1）的范圍隨坡度增加而變大，二是加速因子Mt值也隨坡度增加而增大。山體地形在山頂檐口近地面也有明顯的加速效應(yīng)，最大加速因子為1.15；坡度大小對(duì)加速效應(yīng)影響不大。總體來(lái)說(shuō)坡地地形對(duì)水平風(fēng)速的加速效應(yīng)比山體地形更加明顯，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一、本文涉及的情況下，坡地檐口最大加速因子達(dá)到1.3左右，而山體檐口最大加速因子為1.15左右；二、坡地檐口沿高度方向有加速效應(yīng)的范圍（z=0-0.05Djet）比山體檐口對(duì)應(yīng)的范圍（z=0-0.02D

5、jet）要大。局部地形對(duì)豎向風(fēng)速也有較大影響，地形改變了風(fēng)速方向，使得風(fēng)速豎向分量急劇增加。
　?。?）實(shí)際的雷暴沖擊風(fēng)在整個(gè)生命周期內(nèi)下沉氣流速度往往是隨時(shí)間連續(xù)變化的，一般會(huì)經(jīng)歷逐漸增大到最大值后再逐漸減小的過(guò)程。對(duì)于重要的工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)而言，得到雷暴沖擊風(fēng)整個(gè)生命周期的風(fēng)速時(shí)程信息十分有必要。論文基于沖擊射流三維足尺模型模擬雷暴沖擊風(fēng)場(chǎng)，在入口處引入一個(gè)更符合雷暴沖擊風(fēng)真實(shí)演化過(guò)程的衰減函數(shù)，采用大渦（LES）數(shù)值模擬獲得