双山情况下水平风的加速效应

为获得双山情况水平风的加速效应,采用计算流体动力学(CFD)方法对左右排列、前后排列和斜列情况双山水平风的加速比和分布特征进行了研究,通过典型工况风洞试验验证了CFD模拟的准确性。研究表明:山体上水平风加速比的分布特征为山前、山顶和山后分别是减速区、最大加速位置和尾流区;左右排列双山的加速比随着山体间距的减少而增加,双山间距为0m时加速比最大,单山情况加速比最小,单山相当于双山间距无穷远情况;前后紧密排列双山情况下,前山对后山有遮挡效应,后山使得前山的水平风速略微降低,水平风速加速比呈现单山前山后山的规律,但三者差别较小;斜列情况下风向角对山顶水平风加速比的影响较小;山体的CFD计算结果与澳大利亚/新西兰规范比较接近,中国规范关于山体加速比的规定比较保守。     

山地风场平均及脉动风速特性试验研究

山地风场具有与平地风场截然不同的特性,为了研究平均和脉动风速在山地中的空间分布规律,进行了10个不同坡度和高度h的三维轴对称山体模型的边界层风洞试验。试验结果显示:平均风速在山顶达到最大加速,在背风面山脚达到最大减速;山体坡度越大,山顶加速效应越大,背风面山脚减速越大。脉动风速均方根值在山体迎风面和山顶均与平地风场接近,在背风面山脚增加最大,在其后5h位置,恢复与平地风场相同。根据试验结果提出了新的山地风场平均及脉动风速分布模型。     

典型山体地貌下受山坡坡度影响的低矮房屋风荷载风洞试验研究

通过风洞实验对三种典型山体地貌中低矮房屋的风压分布规律进行了研究,并与无周边时的低矮房屋风压分布状况进行了对比,重点讨论了低矮房屋在0°风向角下,随山坡坡度变化时平均风压系数、体型系数的变化规律,进而分析了低矮房屋在0°~90°风向角下的平均风压系数的变化趋势。结果表明：低矮房屋的风压分布受山体的坡度影响较为明显,其中背风墙面较为显著;随着山坡坡度的增大,屋面的平均风压逐渐由负压变为正压,山坡坡度β=90°时,背风屋面体型系数相对无周边时增大250%;某些部位(迎风墙面中线、背风屋檐、迎风屋檐)等处测点出现绝对值较大的平均风压系数,应在设计时引起注意;测点在不同风向角下的平均风压系数与山体环境有很大关系,在考虑低矮房屋设计时,应取最不利风向角下的风荷载进行计算。     

珠江帆影高层建筑群体风洞试验研究

本文主要研究不同迎风角下,建筑群体中的主楼和主楼单体的压力分布以及力和力矩的差异;对建筑物的风载扭矩问题,也进行了初步探讨。所模拟的对象是将建于广州市珠江岸边的七幢高层建筑物。试验是在中国气动力研究与发展中心低速所大型低速风洞中进行的,试验段为8米×6米,模型的几何缩比为1:100。试验结果表明:在风速和迎风角相同的情况下,群体与单体的试验结果是很不相同的;此外,迎风角的微小改变,对建筑物的受力情况影响很大,即使是对称结构,当风向与建筑物表面不垂直时,扭转效应也非常明显。     

沿海复杂地形台风登陆过程风场多尺度数值模拟

我国沿海地区的台风风场研究与预报具有显著的经济和社会效益.多尺度风场数值模拟方法是将WRF中尺度数值气象模拟同小尺度风场大涡模拟结合的数值模拟方法,可实现台风影响下沿海复杂地形风场的精细化研究.本文以2012年台风启德为背景,通过WRF模式有效再现了台风中心路径和近地平均风速风向的24?h时程;采用循环入流方法,将WRF得到的平均风剖面中加入高频风速成分,并作为复杂地形风场大涡模拟的入口条件,模拟近地风场的时间和空间分布.研究表明,台风登陆后受到沿海复杂地形的影响,近地流向湍流强度较海面上增强1倍左右,风速高频成分显著增强,并出现了0.73?m/s向下的竖向平均速度,对局部地区的抗风安全产生较为不利的影响.     

紧邻高陡山体桥址区风特性数值模拟研究

以紧邻高陡山体的大跨度悬索桥为工程背景,应用CFD商业软件FLUENT对桥址区复杂地形地貌进行了区域地形风场数值模拟研究,通过多工况的对比分析,探讨了不同来流情况下高陡山体对主梁平均风速、风攻角以及风剖面的影响,讨论了桥址区的峡谷风效应.研究结果表明,随来流方向的不同,主梁平均风速、风攻角及风剖面形状在高陡山体附近变化的规律以及受高陡山体影响的范围不同,桥址处未形成明显的峡谷风效应.研究结论为该桥的进一步抗风设计提供依据.     

考虑粗糙地表的近地层风场仿真模拟研究及误差分析

基于Fluent流体计算平台,使用自编UDF程序实现根据地表粗糙度长度添加覆盖植被阻力源项来模拟精细化地表粗糙度,以Askervein山为例建立数值模型,选择了不同的湍流模型进行风场模拟,研究了湍流模型对复杂地形风场CFD模拟的影响,并与实测数据对比分析了湍流模型的适用性,进一步探讨了均一地表粗糙度的模拟效果。研究表明:相比于其他几种湍流模型,LES模拟结果与实测值吻合最好,更适用于复杂地形的风场模拟。地表粗糙度长度对风场的影响在迎风面和背风面处有较大的差异性,合理设置单一地表粗糙度能有效减小模拟误差。     

温州地区不同时距下近地台风特性观测研究

基于2008年影响温州地区的台风海鸥、凤凰和蔷薇的实测风场资料,分析了不同平均时距下近地台风的湍流特性(如平均风速、风向、湍流度和阵风因子)。实测结果表明:同一地点不同台风的平均风向角可能相差很大,不同时距最大平均风速不是同步出现;随着平均风速的增大,湍流度和阵风因子有逐渐减小的趋势;当地湍流度实测结果明显大于已有平坦市郊区地形的实测值和日本风荷载规范经验公式计算值;不同平均时距的横风向与顺风向阵风因子的比值变化较大;1m in或3 s平均时距值可较好地反映出台风风速、风向、湍流度和阵风因子的脉动性和变化规律。     

复杂大跨结构屋盖风荷载特性的试验与计算研究

在大气边界层风洞中对深圳新火车站在无火车工况与有火车工况下屋盖结构的风荷载分布进行了详细的风洞试验研究,并对无火车工况下火车站主站房东侧大开洞位置风速放大效应进行全面的试验分析。分析了无火车工况下的平均风压系数、脉动风压系数特性,并对比了无火车工况与有火车工况下全分向最大平均负风压系数与脉动风压系数。文中进一步分析了典型测点的脉动风压系数的概率特性,并评估了在一定概率保证率下的峰值因子。同时,文中亦给出了数值风洞模拟结果,并与风洞试验结果进行了详细对比分析。研究结果表明:(1)火车站屋盖表面最大平均负风压系数发生在迎风的悬挑区域,同时亦是脉动风压系数较大的位置;(2)在不同火车数量工况下,屋盖表面的最大平均负风压系数与脉动风压系数均有局部差异,但对整体的风压分布影响较小;(3)位于迎风屋盖表面测点正则化脉动风压系数((Cp-Cpmean)/Cprms)的概率密度函数出现负风压的延伸,呈现明显的非高斯分布特性,而位于下风向的中间区域测点则满足高斯分布;(4)火车站主站房东侧纵、横方向大开洞具有气流"汇集"作用,最大风速放大系数达到1.34;(5)数值风洞模拟计算结果与风洞试验结果比较吻合,新的大涡模拟方法(LES)与湍流风场入口模拟新技术(DSRFG)能有效地应用于建筑结构的风荷载数值模拟。     

自然风条件下露天试车台推力修正的数值模拟研究

为研究航空发动机在露天试车台的推力修正方案,开展航空发动机在不同自然风风速(0到5m/s)、风向(0到90°)下露天试车的数值仿真计算。分析不同自然风条件露天试车发动机进气道周围和进气道气动交界面流场分布特点,发现已往基于测量二次气流的室内试车台推力修正方法无法用于露天试车台;通过内流法推导出适用于露天试车台的航空发动机进气附加阻力计算公式,在此基础上结合仿真结果计算露天试车台发动机进气附加阻力和台架迎风阻力,并分析的风速对各项修正阻力的影响规律,给出台架迎风阻力与环境风速之间的拟合关系式,研究不同风向的侧风对台架阻力的影响规律。研究结果为实际露天基准试车试验开展提供理论研究帮助,并为测量推力修正给予指导。     

基于数值模拟的复杂地形风场风资源评估方法

与采用线性模型的WAsP软件相比,CFD方法具有可以逼真模拟复杂地形三维风场大气流动的优势,因此成为了复杂地形风场风资源评估的发展方向。为了把CFD软件包FINE/TURBO和带有壁面函数的k-ε湍流模型用于复杂地形地貌风电场的风资源评估和微观选址中去,本文以南澳岛风场作为研究对象,在中性大气条件假设下,对风场区域以30°风向为间隔进行数值模拟。研究采用不同入口边界条件对数值计算结果的影响。比对模拟结果发现,风场中的风加速与湍流强度基本上不随来流条件发生变化。基于这一规律,结合全年测风数据评估风场的风资源分布状况,建立了一套风资源评估的数值模拟及后处理方法,为工程实际提供了有力参考。     

桥塔尾流致塔周长吊索涡振性能研究

悬索桥桥塔周围的长吊索自振频率较低,且易受桥塔尾流的干扰从而容易发生振动。吊索的安全直接关系着桥梁结构的安全,以实际工程为背景,采用CFD数值模拟方法并选择SST k-ω湍流模型对二维桥塔断面及吊索断面的非定常绕流进行了分析。首先,计算了桥塔和吊索各自的气动特性,并与相关文献的结果进行了对比。在验证分析方法可靠性的基础上,进一步研究了不同来流风速、风向角下,桥塔尾流对塔周长吊索气动特性的干扰。通过对流场特征及吊索气动力的变化规律进行分析,研究了桥塔尾流作用下塔周长吊索发生涡振的可能性。研究结果表明:在相当大的风向角范围内,桥塔脱落的旋涡会对吊索气动特性产生控制作用,从而导致吊索阻力系数和升力系数的变化频率等于桥塔的旋涡脱落频率,使吊索在低风速下存在发生涡激共振的可能性。     

折叠舵外翼气动特性研究

采用风洞试验和CFD相结合的方法对机载导弹折叠舵外翼气动特性进行了研究,研究内容包括外翼折叠角、迎角、来流Ma数、气动滚转角等,通过研究推导建立了外翼气动载荷的经验计算公式。研究结果表明,"×"型状态下外翼载荷随外翼展开而变大,在折叠角约30°附近载荷最大。CFD计算与试验数据吻合良好,不同Ma数下气动系数差别较小,Ma=1.2时气动系数值最大。大量计算数据表明,外翼气动载荷与当地气流偏角存在正相关性,并可以写成合成迎角,滚转角、舵面方位角和折叠角的函数。在迎风区预测值与样本值几乎完全重合,而在背风区受弹身干扰而存在一定误差。     

垭口地貌要素对风速分布规律影响的风洞试验研究

输电线路微地形气象灾害的调查研究显示,垭口地貌影响下的输电线路风偏闪络事故多发。鉴于垭口地貌不同位置处的风剖面分布规律尚不明确,借助风洞试验,研究了垭口地貌的山丘坡度、谷口宽度等地貌要素对山谷及山脊中轴线上风速分布规律的影响。风洞试验结果表明：与平地风速相比,山谷中轴线及山丘峰顶处风速的最大加速幅度分别达到了33％和53％,明显大于规范规定的10％,容易造成垭口区域内输电线路风偏闪络或倒塔;山谷中轴线风速修正系数随两侧山丘坡度增加而增加,随谷口宽度增加而减小,提出了符合这一规律的计算公式;山谷中轴线上,下风侧风速加速效应略强于上风侧;垭口两侧山丘山顶处风速未受垭口地貌影响,风洞试验测得风速修正系数与单体山丘拟合公式的计算结果基本一致;设计时可统一偏于保守地取用山丘顶部的风速修正系数对平地风速予以修正。     

某型登陆舰的舰面流场仿真与分析

舰载直升机是登陆舰实现"垂直登陆"的主要武器,研究舰面流场特性对直升机安全性能与操纵性都有重要意义。建立了某型登陆舰的三维模型,以风向角为30°,风速为15m/s的流场为例,通过数值仿真得到了飞行甲板上方的气流分布,经分析机库陡壁效应引起的下冲气流分量在机库后方形成了涡流区,在直升机的起降过程中应避免通过该涡流区,以保障直升机的安全起降、平稳飞行。     

低速来流大攻角侧滑角状态下尖脊进气道气动特性试验研究

在低速来流状态下试验研究了大攻角(α=0°～45°)和侧滑角(β=-15°～15°)对Caret进气道气动性能的影响。给出了在各攻角下进气道性能参数随侧滑角变化的特点及典型状态下进气道出口总压恢复系数分布图谱,分析了出口总压分布图谱与进气口流动之间的关系。试验表明:在低速来流状态(Ma≈0.1)下,随着攻角的增加(α从0°增加到45°),进气道总压恢复系数下降较小,总压畸变指数几乎不变,这有利于飞机的大攻角机动飞行。      

华南地区台风全局化结构及风场特征实测研究

基于探空气球、雷达风廓线仪等设备长期观测数据,对影响华南地区热带气旋的全局化结构及风场特征进行了实测研究.以典型台风为例,考察了系统水平及垂直主结构特征,揭示了台风双眼壁结构、眼壁置换现象以及登陆后结构的轴非对称变化特征.提出了台风气压场水平轴非对称模型和垂直剖线模型,分析了台风气压场两关键参数(最大风速半径及Holland-B)数值分布特征及其与其他参数间的内在关系.采用复合分析技术,对不同来流状况下台风边界层风场特征进行研究,考察了风速剖线低空急流和风向随高度偏转的特征及其随径向距离和来流地貌的变化规律,建立了以低空急流为特征的台风垂直剖线经验模型,为精确化评估高层建筑风荷载提供数据和技术支撑.相关研究成果有助于深化对华南地区热带气旋全局化结构及风场特征的认识,并为合理评估该地区台风风灾害及构筑物台风风效应提供参考.     

基于自主软件LSWS的典型地形大气CFD模式研究与应用

基于我国典型地形风资源评估、风电场微观选址及风电预测等的发展要求，根据风场实测数据，提出了两种风廓线模型：一种是利用实测数据修正的Gryning风廓线模型，另一种是结合分段函数及理论公式拟合的风廓线模型。考虑大气热效应、地转效应等大气效应，结合改进的雷诺时均k-ε两方程湍流模型，建立了能够模拟不同大气稳定度的典型地形大气CFD模式，开发了自主可控的风场CFD模拟软件LSWS(large scale wind simulation)。以锡林浩特平坦草原地形和山西丘陵地形的风场为例，比较了自主软件LSWS和商业软件Fluent的模拟精度。模拟结果显示：对于锡林浩特平坦草原地形风场，两个软件模拟结果与实测数据总体吻合良好；在稳定大气状态下，LSWS的计算精度较Fluent最大提升6.33%；在模拟山西丘陵地形时，LSWS的计算精度明显高于Fluent，特别是绕山脊的山后流场模拟更加合理，LSWS计算精度较Fluent最多提升40%以上。     

冷却塔群塔干扰条件下脉动风压分布模式

冷却塔群塔为常见的群体建筑物组合形式,存在复杂的塔群干扰效应.传统的群塔干扰效应研究通常面向塔筒等效静风荷载,忽略了群塔组合对于脉动风压分布模式干扰效应的量化研究.为了研究群塔组合条件下脉动风压的干扰分布模式,选取具备多种气动干扰特点的八塔组合矩形布置方案为研究对象,对群塔进行刚性模型同步测压风洞试验,获取了不同风向角条件下塔筒表面的脉动风压分布.在"迎风来流"、"侧风来流"和"背风来流"等三种典型来流模式下,结合风向角的变化将脉动风压分布形式总结为"V"型、"M"型、半"V"型+半"M"型三类,探讨了干扰影响脉动风压分布的机理,发现可将脉动荷载的干扰效应分为"弱干扰"、"非对称强干扰"和"对称强干扰"三种类别;在量化表达脉动风压干扰分布方面提出了脉动风压分布的九项式拟合公式,并按照三类分布模式给出了脉动风压的推荐表达式.     

防风网对煤堆遮风效果的风洞实验研究

为了考察防风网对堆场煤堆的遮风效果,进行了防风网与煤堆之间区域的流场可视化实验。使用风洞模拟大气边界层条件,并将开孔率为38．5％的防风网模型布置在煤堆模型前方。实验中采用粒子成像测速（PIV）系统测量了防风网和堆场区域的平均风速分布,并且获得了煤堆表面的摩擦风速分布,进一步估算煤堆起尘量的变化情况。实验发现,防风网可有效降低煤堆表面迎风区域的摩擦风速,而对背风面的流场分布影响较小。研究结果可为防风网的遮护作用提供一定的实验支持。