大型煤气柜风荷载的风洞试验及数值模拟

对某大型煤气柜进行了风洞测压试验及风压数值模拟.分析了试验模型表面风压分布及其脉动特性,并同数值计算结果、规范条文中类似断面结构的风压分布作对比.结果表明:风洞试验中由于结构表面分布的工字钢及表面粗糙度的处理,雷诺数效应对表面风压分布影响并不明显,但对表面绕流场分离区的风压值有一定影响.结构的均方根升力、阻力系数在频域表现为宽带谱;采用基于雷诺平均的RNG k-ε湍流模型能较准确地模拟表面平均风压分布,其计算结果同样可为结构抗风设计提供参考;在不同量级雷诺数下数值模拟得到的平均风压分布能反映出雷诺数效应的影响.     

端板对二维矩形风洞试验模型气动特性的影响

在节段模型风洞试验中，两端设置端板可以有效减小端部效应对风压分布的影响，从而保证气流在模型周围的二维流动，其中端板尺寸是影响端板效果的主要参数。为了明确不同尺寸端板对矩形断面气动特性的影响，以桥梁节段模型中最常见的3种宽高比（B/H分别为1、5和10）的二维矩形断面为研究对象，通过刚性模型测压试验，研究了端板尺寸对各模型的气动力、风压分布和斯托罗哈数St的影响。研究结果表明:模型的端部效应不仅仅对端部附近的风压有影响，对中间位置处风压的影响也不容忽视，设置端板是获得准确试验结果的重要保证；随着断面宽高比（B/H）逐渐增大，端部效应影响的程度和范围逐渐减小；随着端板尺寸的增大，模型背风面风压绝对值逐渐增大并趋向一稳定值；抑制端部效应的最小端板尺寸与结构的风迎角有关，风迎角增大，所需的端板也相应增大；有无端板对斯托罗哈数St也有明显影响。     

透风性女儿墙对尖屋顶风荷载的影响

应用风洞模拟方法研究了透风性女儿墙对尖屋顶风荷载的影响。女儿墙共有七种,包括三种孔型、两种截面和三种孔隙度。屋顶角为19°。在约为1%和5%两种湍流度的均匀气流中测量了这些女儿墙引起的屋顶风压分布的变化,包括平均风压、峰值风压、风压脉动的均方根值。试验结果表明:七种女儿墙都能程度不同地减小屋顶的平均风压与负的峰值风压,其中第7种女儿墙效果最好;湍流度增大会明显提高风压脉动的均方根值,使峰值风压增大。     

临界雷诺数区准椭圆形覆冰导线风压特性研究

采用刚性模型进行测压试验,得到了不同雷诺数下准椭圆形覆冰导线的风压分布规律,通过对比平均风荷载、脉动风荷载及风荷载谱等参数,分析了雷诺数对风荷载以及横风向驰振稳定性的影响。当雷诺数达到临界区,与亚临界区的对应值相比,平均阻力系数下降、平均升力系数随风向角变化幅度大且在某些对称工况产生横风向平均升力系数;平均风压系数分布对风向角等参数更为敏感。旋涡脱落由亚临界区的规则脱落变为不规则脱落,周向风压相关性减弱,特征频率消失。临界区内平均升力系数急剧的下降段使得结构更易发生横风向驰振。     

超高层建筑表面脉动风压空间相关特性试验研究

通过对某超高层建筑模型同步测压风洞试验,分别从时域和频域对模型各表面典型测点脉动风压水平和竖向空间相关性系数、以及水平和竖向相干函数进行了全面深入分析.与相关参考文献中提出的经典风速相干函数表达式进行了比较,给出了侧风面脉动风压相干函数考虑涡旋脱落影响的新的数学模型,拟合了公式参数,得到的结果可为建立更为精细的气动力模型所参考.     

首都博物馆新馆挑檐结构的平均风压研究

以首都博物馆新馆为例,通过风洞模拟实验研究了平屋盖大跨度挑檐结构上装有百叶结构时的平均风荷载特性,给出了屋盖整体及挑檐结构上不同风向角的压力分布规律.文中特别讨论了百叶结构对挑檐上平均风压分布的影响.结果表明:在挑檐前檐安装百叶结构对挑檐结构风压的影响非常大.在不利风向角,百叶结构能有效减小挑檐结构上表面的负压.这些结论对类似结构的抗风设计具有一定的指导意义.     

结构物大面积开启和附近山体对风荷载的影响

通过风洞模拟实验对某具体的工程项目的风荷载进行了研究.该项目外形投影呈贝壳状,坐落在山坡下,并且有大门开启和关闭两种状态.风洞实验结果表明,在大门开启和关闭时,由于结构内部风压的很大变化,内、外表面风压叠加后,结构的风荷载受到很大的影响;另一方面,由于结构背后巨大山体的影响,结构表面的风荷载与没有山体时比较,发生了本质的变化.     

非均匀地貌的平屋面建筑风荷载特性研究

通过风洞测压试验，研究单个平屋面建筑物在两类均匀地貌，以及非均匀地貌边界层内的屋面风压分布变化规律。研究结果表明:均匀粗糙地貌下的屋面平均风压系数和脉动风压系数大于均匀平坦地貌，且脉动风压系数差别更显著；从粗糙地貌变化为平坦地貌的非均匀地貌中，用建筑物位置处动压无量纲化时，随着距地貌变化点的距离增大，平均风压系数变化较小，脉动风压系数逐渐减小且变化显著；用上游粗糙地貌动压无量纲化时，随着距地貌变化点的距离增大，屋面迎风分离区平均风压变化较小，迎风下游风压幅值增大，脉动风压幅值略有减小，但在过渡边界层范围内均变化较小；屋面整体平均风荷载的主要影响因素是来流动压变化。     

液滴撞击柔性材料表面铺展特性的实验研究

采用高速摄影与计算机图像识别技术，研究了单个液滴撞击不同厚度、不同弹性模量的聚二甲基硅氧烷（PDMS）样品表面后的动态铺展过程，获得了液滴与柔性材料表面的移动接触线直径随时间的变化规律。实验结果表明:柔性材料在撞击过程中受压变形所导致的固体材料粘性能量耗散与系统的总能量相比很小，不会对液滴的铺展过程产生明显影响；在较低的撞击速度下，柔性材料表面形成的润湿脊所导致的粘弹性能量耗散是系统能量耗散的重要因素，且随着柔性材料弹性模量的减小而增大，因此液滴撞击弹性模量较小的PDMS表面时的最大铺展系数相对较小；当撞击速度增大后，粘弹性能量耗散在总能量耗散中所占的比例降低，液滴铺展过程中的液体粘性能量耗散所占比例逐渐升高，柔性材料弹性模量对液滴铺展行为的影响逐渐降低。     

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——非高斯特性研究

为了系统研究大型双曲冷却塔表面脉动风压分布特性,进行单个冷却塔刚体模型风洞动态同步测压试验,对冷却塔表面脉动风压的非高斯统计特性进行了系统的研究.根据测点风压时程及其概率密度分布曲线,对具有非高斯分布特性的局部区域作出判断,从风压信号的时空间相关性入手,结合中心极限定理讨论了局部区域呈现非高斯特性的原因;并基于测点风压信号概率密度曲线的斜度及峰态值对典型断面的测点风压进行非高斯特性描述,给出了划分非高斯区域的标准,并由测点环向相关性对冷却塔壳体表面进行了分区,初步探讨了不同区域的脉动风压形成机理,加深了对冷却塔结构表面风压分布特性的认识,为进一步探讨冷却塔结构表面风压极值奠定了理论基础.     

建筑风环境风洞试验中风速探头的研制与应用

研制简易风速探头并通过风洞试验研究探头的气动力特性,为探头的推广应用奠定基础.基于Irwin提出的风速探头原理,研制了用于建筑风环境风洞试验的简易风速探头,对风速探头压力测试结果的影响因素进行了试验分析,并对探头进行了标定,给出了不同高度风速探头的标定系数,同时对湍流场中不同风速下的测试精度和探头间干扰效应对测试精度的影响作了试验分析,最后对一典型小区进行了风环境测试分析.研究结果表明:所研制的简易风速探头对平均风速有较高的测试精度,能够用于建筑风环境风洞试验.     

格栅湍流场风参数沿风洞轴向变化规律

格栅湍流场常用于各类风洞试验中,桥梁断面气动参数均与来流风参数有关。对不同格栅湍流场下的风参数沿风洞轴向变化的规律进行了研究,得出风参数主要与测点与格栅断面间距、格栅板条厚度和单元格栅边长有关。随着间距增加,平均风速短期内急剧衰减,然后趋于稳定。随着间距增加,来流湍流的总能量减小而主要能量迁移至高频区域:湍流度呈指数衰减,湍流积分尺度呈增长趋势;约化风谱形状保持相似,峰值对应约化频率值基本保持不变,但峰值变小。另外根据风参数的变化规律,调试出2类特定的湍流场参数:湍流度相似而湍流积分尺度不同的湍流场和湍流积分尺度相似而湍流度不同的湍流场,以便于详尽研究主要风参数对桥梁断面气动参数的影响。     

基于日最大风速记录的建筑群风环境评估方法

提出将各风向的风速比与日最大风速概率分布相结合,进行风环境评估,并按照风速大小划定建筑功能区域的基本方法.首先利用地面风速探头在风洞中对建筑群周边区域的风场进行定量测量,得出不同风向下各测点的风速比.再根据多年日最大风速记录和广义极值分布函数族,得出不同风向的日最大风速概率分布参数.由此即可求出各测点日最大风速超过风速阈值的概率.参照风环境评估准则,可对各区域的舒适度进行定量评估,并对其进行功能分区.通过对某高层建筑群的实验研究,验证了该方法的有效性和简便性,研究结果对建筑设计有直接的指导意义.     

半刚性模型风洞试验荷载谱的处理方法

高频测力天平试验模型要求质量尽量小,频率足够高.然而,对于一些特殊的结构,由于结构本身的特殊性,很难制作出满足频率要求的刚性模型.对于频率不够高的半刚性模型,其一阶振型频率处于结构荷载谱频带以内,因而共振作用比较明显,对结构动力荷载的影响不可忽视.通过半刚性格构式塔架模型的高频测力天平风洞试验,得到了模型在风荷载作用下的基底弯矩和扭矩.进而根据结构动力学和随机振动理论,推导了一种实用计算公式,消除了模型共振对基底力谱的影响,得到了格构式塔架的一阶广义荷载谱.     

大气边界层风速竖向相干函数实验研究

采用尖劈、格栅和粗糙元组合的被动湍流发生装置在TJ-2风洞中模拟了大气边界层流场,测量了模拟流场的平均风速剖面,湍流度剖面,湍流积分尺度和脉动风速功率谱等风场特性参数,重点分析了风速的竖向空间相干曲线.针对风速竖向空间相干曲线存在低频"掉头"的现象,给出了修正的指数衰减函数来进行拟合,完善了用传统的简化指数衰减函数来进行拟合时在低频处的不足,结果表明:笔者给出的风速竖向空间相干函数拟合效果更好.     

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究.在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测.然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验.对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好.分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值.因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的.通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论.     

利用自然低温的风力机结冰风洞实验系统设计

为研究风力机叶片的结冰特性与防除冰方法,设计了一种简便、低成本的结冰风洞实验系统。利用北方冬季的自然低温条件,将常规的开口射流风洞加以改造,安装水雾喷射系统和结冰测试段以提供结冰环境条件。在冬季进行了结冰验证实验,对结冰风洞的3个主要参数:温度稳定性、液态水含量和过冷水滴平均直径进行了测试和标定。结果表明,在环境温度相对稳定的冬季时间段内,主要指标可在一定程度上满足风力机结冰实验要求。     

某高层建筑实测风场和风压的相关性研究

通过对台风“天兔”登陆时厦门沿海某高层建筑的风场及建筑物迎风墙面风压的现场实测数据进行分析,研究了高层建筑风场和其迎风墙面风压的状况及它们的相关性。对台风登陆前后的风场和风压数据进行的分析表明:城市上空强风“天兔”的湍流度不是很大,且随着风速的增加变化比较平稳;迎风墙面各测点的风压系数呈现出中间大、两头小的特征,但差别不是很大。在不同平均风时距和不同来流风向角条件下,对迎风墙面风场和风压的相关性进行了分析。结果表明:当基本时距取为3s 时风场同风压的相关性较高,当来流风向垂直于结构迎风墙面时,风场同风压场的相关性比较大。     

自适应遗传 PID 算法在风洞风速控制中的应用

风速控制是风洞的核心控制部分,风速控制系统的优劣直接影响风洞性能指标,为了完成 FDxx 风洞的风速控制系统,设计了一种基于自适应在线遗传算法的 PID 参数整定方法,在风洞气源资源有限的情况下,快速建立流场,确保流场稳定时间。首先对控制参数进行联合编码,在种群个体进化前期采用锦标赛精英保留策略,后期采用基于轮盘赌非线性选择方法,加快算法收敛速度,同时避免了算法过早陷入局部最优,交叉选用单点交叉,变异采用均匀取反法,动态调整过程为了减小甚至避免超调,采用误差绝对值及误差和误差变化率加权方式设计目标函数,并采取了惩罚措施,即一旦产生超调,将超调量作为最优指标的一项,现场测试验证了算法的可靠性及实用性。     

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——风压极值探讨

针对风压信号呈现的非高斯特性和传统极限估计方法的局限,首次提出基于保证率和相关性的极值估计方法--全概率迭代法进行冷却塔表面脉动风荷载极值分析,并和传统的峰值因子法及改进的Sadek-Simiu法计算结果进行对比验证.结果表明:全概率迭代法避开了对随机过程的高斯分布假定,相比传统的极值估计方法其结果更加真实可靠;表达风压极值中脉动分量的峰值因子数值沿着环向和子午向变化显著,如取为同一数值则偏于危险或过于保守;采用全概率迭代法得到的表面风压系数极值分布曲线与规范取值相比,迎风面和负压峰值区域极值偏小,背风区域极值偏大,且最小值对应角度相差约10°.