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。     

大跨悬挑屋盖风压分布风洞试验分析

通过大跨悬挑曲面屋盖刚性模型风洞试验,分析各风向角风压系数均值等值线图及跨中区域时体型系数以确定最不利风向角,研究跨中迎风边缘及顺风测点功率谱及相干特性,最后针对跨中不同位置测点风压概率分布密度特性探讨峰值因子合理取值。     

某机场新航站楼风压分布特征及风振系数研究

以某机场新航站楼结构风洞试验为依托,对该大跨屋盖的整体和重点部位的风压分布特性进行了详细的阐述。此外,基于风压的统计特征,将屋面分为高斯和非高斯区域。最后,对悬空屋盖区域进行了局部模型风振响应分析。结果表明:在180°风向角下,大挑檐和指廊迎风一侧的平均风压系数分别在-1.0和-0.8左右,挑檐部位最不利可达-1.58,天井内部侧面的风压很小,悬空屋盖上下表面同时受到较小吸力的作用;航站楼的非高斯区域主要集中在屋盖边缘迎风和拐角区域,天井部位并没有出现明显的非高斯分布现象;悬空屋盖区域出现过大位移风振系数的主要原因是悬空屋盖位置处的平均位移较小。     

偏转翼前缘热流分布特征

对于偏转翼,其迎风角和偏转角直接影响到前缘弧面上热流最高点的分布位置。运用球面三角学原理并基于后掠圆柱热流计算公式推导偏转翼的迎风角、偏转角和离心角（前缘弧面上偏离前缘中心线的角）之间的关系。在确定迎风角和偏转角的条件下,应用该式可以直接确定前缘弧面上最大热流的分布位置,该结果与实验及工程计算结果基本一致,可以基本满足工程使用要求。最后分析前缘上最大热流位置随迎风角及偏转角的变化规律。     

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°。     

典型山地地形竖向风速分布特征

采用风洞试验与数值模拟相结合的方法,研究典型山地地形竖向风速的大小与分布。在风洞中模拟B类地貌边界层流场,采用眼镜蛇风速测量仪,测定了具有一定山脉长度的典型陡坡单山迎风坡竖向风速剖面,获得了离地10m高处竖向风速分布。对照试验结果对典型山地地形进行CFD模拟,研究了不同山体高度、山体坡度、山脉长度以及顺山脉(0°)和垂直山脉(90°)风向角下竖向风速的分布规律。通过上述研究发现:CFD结果与试验结果吻合良好;竖向风速在迎风坡离地10m高度处可达来流顺风向风速的60%;最大竖向风速出现在迎风坡2/3山高以上的区域;垂直山脉风向角下,迎风坡与山顶的最大竖向风速均随山脉长度递增;顺山脉风向角下,迎风坡最大竖向风速随山脉长度递减,山顶最大竖向风速受山脉长度变化影响较小。研究认为:在1/3山高以上的迎风坡位置应当考虑竖向风速,且在山高与山底直径之比大于1∶5时,需要考虑山顶位置的竖向风速。     

考虑导风装置大型冷却塔双塔风致干扰效应研究

为研究不同导风装置对双塔干扰下大型冷却塔表面平均和脉动风荷载分布特性的影响,基于风洞试验对比研究了三种有导风装置和无导风装置的大型冷却塔表面风压随机分布特性,其中包括平均风压、脉动风压、峰值因子、极值风压以及干扰因子等气动参数。研究结果表明:增设导风装置后塔筒背风面负压区气流紊乱,平均风压呈现明显波动;不同导风装置对塔筒下部断面测点峰值因子影响显著,数值主要分布在3.2~3.6之间;极值风压分布规律类似于冷却塔模态的正反对称特点,外部进水槽对喉部侧风面极值风压增大了近0.5;90°风向角为双塔布置的最不利工况,夹道效应导致塔筒侧风面平均风压、脉动风压与极值风压变化显著,此时带外部进水槽的冷却塔中上部断面层阻力系数的干扰因子达到最大值。     

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。     

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。     

台风“凡亚比”作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究

为研究台风作用下我国沿海地区超高层建筑表面的风压特性,于2010年在台风"凡亚比"登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压状况进行了同步监测,并开展了建筑模型风洞试验,获得了超高层建筑表面的实测瞬时风压、平均风压、平均风压系数和脉动风压系数的相关特性和分布规律。现场实测与风洞试验的对比研究表明:现场实测和风洞试验所揭示出的超高层建筑表面风压特性及其随风向角的变化规律基本一致;迎风面平均风压系数的现场实测值明显大于风洞试验结果,而背风面和侧风面平均风压系数的现场实测值与风洞试验结果相差较小。     

湍流特性对矩形高层建筑风荷载影响的研究

为研究湍流特性对矩形高层建筑风荷载及周围绕流特性的影响,对4种不同地貌条件下9种深宽比的矩形高层建筑进行了风洞测压试验,考察了湍流度与湍流积分尺度对不同深宽比建筑平均、脉动与极值风压,以及横风向气动力谱和流动分离再附特性的影响规律。结果表明,随湍流度增大,分离流更早再附于侧风面上,郊区地貌下再附点出现位置较开阔地貌提前约30%,且分离流下平均风压减小、极值风压增大(均指绝对值),最不利脉动风压与极值出现位置更靠近前缘;随湍流积分尺度减小,迎风面、背风面与侧风面的平均和极值风压均减小,但湍流积分尺度对分离再附流形态及分离流下的风压分布形状影响不大。相对于深宽比更大的情况,湍流特性对深宽比介于1到2的建筑影响更大。     

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。     

矩形高层建筑平均风压的风洞阻塞效应试验研究

基于同步测压技术,在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了单体矩形高层建筑的阻塞效应试验研究。对阻塞度为4.1%、6.1%、8.4%、10.1%的刚性建筑模型在低湍流均匀风场中进行了测压试验,对结果进行了对比分析。主要研究了阻塞效应对模型表面平均风压特性的影响。试验结果表明:在均匀流中,阻塞效应对模型迎风面平均风压系数的影响较小,除靠近角部测点外,影响幅度不足5%;阻塞效应使模型侧面、背风面和顶面平均风压系数降低较为显著,但平均风压系数分布规律没有明显变化。此外,基于风洞试验结果提出了均匀流中矩形高层建筑平均风压的阻塞效应修正公式。     

临界雷诺数下斜拉桥拉索的平均风压和风力特性

采用一套可调节拉索模型倾角和风向角的试验装置,对临界Re数下的斜拉索模型的气动性能进行了风洞试验研究。通过一系列测压试验,测得了临界Re数下、不同风向角时斜拉索模型表面的平均风压系数分布,并得到了作用在斜拉索模型上的气动力系数。研究了风压分布系数、停滞点、最小风压系数和气动力系数随风向角的变化规律。并对临界Re数时的试验结果与亚临界Re数下的结果进行了分析比较。研究表明:风向角的变化会影响拉索模型的平均风压系数分布和气动力系数;当Re数从亚临界区进入临界区后,拉索模型的平均风压系数分布和气动力系数均发生很大变化。     

乘波前体两侧高超声速内收缩进气道一体化设计

为了探索两侧进气系统的流场结构及气动性能,采用吻切锥乘波前体、压升规律可控的一种高超声速内收缩进气道设计了两侧进气布局的高超声速飞行器一体化进气系统,并进行了数值模拟,研究了进气系统的流场结构、速度特性、攻角特性以及侧滑角特性等。结果表明,设计点前体外流场和进气道内流场相互独立,接力点前体前缘激波和进气道前缘激波相互耦合。由于未吞入前体附面层,因而进气道内激波附面层相互作用较弱,没有产生分离;随来流马赫数增大,进气道总压恢复系数减小,增压比增大显著,升阻比几乎不变;随攻角增大,流量系数增大明显,总压恢复系数略有减小,增压比增大明显,升阻比逐渐增大;随侧滑角增大,进气道总体性能逐渐减小,迎风侧进气道性能下降较小,背风侧进气道性能下降明显。     

侧滑角对鼓包诱导曲面激波/边界层干扰特性的影响

利用仿真方法对侧滑条件下设计马赫数为2的三维壁面鼓包诱导流场进行了研究。结果表明:随着侧滑角的增大,迎风面的展向压力梯度增大,鼓包表面高压中心向迎风面偏移使得迎风面前缘旋涡强度增强,迎风侧出口总压恢复损失,最终导致鼓包下游流场畸变增加。同时鼓包表面流动拓扑结构表明,随着侧滑角的增加，迎风面分离区的准锥形相似特性增强,而背风面由准锥形相似逐渐发展为准柱形相似。      

坝陵河大桥桥位深切峡谷风剖面实测研究

用相控阵声雷达风廓线仪对坝陵河大桥桥址处深切峡谷中风剖面进行了实地观测,结果表明：在地形复杂的山区深切峡谷中,平均风剖面受峡谷地形影响较大,形态有时显得较为复杂而不规则,呈现锯齿形、正切变形或逆切变形等多样化。在峡谷的上半部,平均风速较大时其剖面相对较为规则,但不符合规范中描述平坦地貌平均风速剖面的幂函数形式,而具有e指数函数的变化规律。此外,统计显示,风向角在低空范围内受峡谷地形的影响要比在高空范围内严重,其在低空范围的变化幅度也要比在高空范围的变化幅度大。风迎角的散布范围和绝对值大小均随高度的增加呈减小的趋势。观测得到的峡谷湍流度大于平坦地貌湍流度的规范推荐值,同时峡谷湍流度具有一定的随机性,并且这种随机性随高度的增加而变大。     

民用飞机增升构型前缘下垂参数影响分析

采用计算流体力学方法,针对基于典型二维多段翼型NACA0410设计的带前缘下垂构型的多段翼型进行数值模拟,研究了前缘下垂四种参数对多段翼升力特性的影响。在所研究的范围内,结果表明:1)在线性段,弦长增加与偏度增大对线性升力均有负面影响,但转轴高度与尾缘夹角对线性升力几乎没有影响;2)在近失速及失速段,弦长增加与尾缘夹角的提升,可明显提升升力;下垂偏度增加,以26°为界,小于该角度可提升升力,但大于该角度后,影响不再明显;随转轴高度下降,升力出现一定提升,但到2 mm后反而有所下降;前缘下垂尾缘夹角增大,可提升近失速段升力;3)四参数对升力影响主要体现在头部两段吸力峰的消长,设计中需综合考虑吸力峰特征,并加以应用。     

非高斯风场作用下桥梁抖振响应研究

为研究非高斯风场作用下桥梁结构的抖振响应特性，以太洪长江大桥为例，基于Hermite多项式模型，模拟了非高斯脉动风场时程，计算了不同平均风速下不同非高斯特性脉动风场的抖振响应。结果表明：非高斯风场作用下结构响应的幅值和均方根值均比高斯风场更大，非高斯特性越强，均方根值越大；随着平均风速的增加，风场峰度对结构响应均方根的影响逐渐明显。因此，对于非高斯风场，高斯过程假定低估了实际的响应情况。此外，不同非高斯特性脉动风场作用下，结构响应的偏度和峰度均趋近高斯过程的结果。     

球壳型屋盖在冲击风作用下的抗风设计参数及CFD分析

雷暴冲击风具有和大气边界层显著不同的风场特性。为与抗风设计习惯一致,提出了与大气边界层风场类似的冲击风水平风荷载下静力风荷载表达式,并给出了相应的风压高度变化系数和体型系数的计算方法。以球壳型大跨屋面为具体研究对象,采用CFD数值模拟方法,研究其在冲击风作用下随结构参数和冲击风参数改变的冲击风体型系数变化规律,并将结果与大气边界层风洞实验中的结果进行比较。最后还给出了球壳屋面位于冲击风正下方时,屋面体型系数及风压高度变化系数的取值。