高層、大跨結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布特征的數(shù)值模擬與分析.pdf

1、風(fēng)洞模擬試驗(yàn)和實(shí)地觀測(cè)是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的傳統(tǒng)手段，但它們存在周期長(zhǎng)、花費(fèi)高等許多缺陷。計(jì)算風(fēng)工程是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域近年來(lái)出現(xiàn)的一個(gè)新的分支，它是利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法在計(jì)算機(jī)上模擬結(jié)構(gòu)周?chē)L(fēng)場(chǎng)變化并求解作用于結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載。相對(duì)于其它研究手段來(lái)說(shuō)，計(jì)算風(fēng)工程的優(yōu)勢(shì)在于：首先可以節(jié)省大量資金，其次可以模擬自然界中真實(shí)的風(fēng)場(chǎng)，還可以方便地獲得實(shí)驗(yàn)中不便測(cè)量的數(shù)據(jù)。 本文首先推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布模擬的控制方程。自然風(fēng)可以看成是最一般的流體流

2、動(dòng)，因此推導(dǎo)了流體動(dòng)力學(xué)的基本方程，包括連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程、狀態(tài)方程和內(nèi)能表達(dá)式。指出近地層大氣可以近似地看作是牛頓粘性的不可壓縮性流體，從而獲得了大氣風(fēng)流動(dòng)的基本控制方程。由于風(fēng)的湍流特性，直接利用大氣風(fēng)流動(dòng)的基本控制方程模擬風(fēng)的流動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)，于是引入了湍流的統(tǒng)計(jì)平均方法，推導(dǎo)了描述風(fēng)湍流時(shí)均流動(dòng)的基本方程，包括連續(xù)方程和雷諾方程。為了解決風(fēng)湍流時(shí)均流動(dòng)基本方程的不封閉性，討論了計(jì)算風(fēng)工程領(lǐng)域一些常用的湍流模型。通過(guò)這些湍流

3、模型，組成了完整的結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布數(shù)值模擬的控制方程。 然后利用推導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布數(shù)值模擬的控制方程，模擬了雙塔樓高層建筑的表面風(fēng)壓及其周?chē)L(fēng)場(chǎng)。介紹了大氣邊界層風(fēng)的基本特性，討論了描述這些基本特性的參數(shù)以及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式。給出了規(guī)范中基本風(fēng)壓的概念以及風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系，確定了風(fēng)壓模擬中所需的邊界層風(fēng)的基本特性參數(shù)值。然后基于定常的采用RNGκ-ε湍流模型的結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布數(shù)值模擬的控制方程，對(duì)方形截面對(duì)稱(chēng)雙塔樓高層建筑的表面風(fēng)壓及其