建筑物表面风压分布随迎风面宽度变化的数值模拟

用计算机数值模拟风作用下高层建筑周围的紊流流场,从而得到高层建筑外表面上的风压分布沿侧风面长度方向的变化规律,并对风压及风压系数进行数学回归,拟合风压系统分布公式,为建筑结构风荷载和暖通渗风量的计算提供依据。

本文对上海、杭州三幢高层建筑表面风压模型风洞试验的主要结果进行了分析对比，探讨了复杂体形双塔楼高层建筑表面风压分布特征，为保证高层建筑大型玻璃幕墙在强风暴作用下的安全可靠提供了设计参数。

结合低层民房风荷载及抗风性能的研究,基于reynolds时均n-s方程,采用由标准k-e湍流模型扩展的rngk-e模型,对一幢低层双坡屋面单体房屋和由六幢该类房屋组成的群体建筑的周围风场及表面风压进行了数值模拟。数值模拟采用具有良好适应性的四面体单元进行计算区域的网格划分,顶点中心格式的有限容积法进行控制微分方程的离散,simple压力校正迭代算法实现对非线性离散化方程的求解。在单体计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,重点获得了群体效应下低层双坡屋面房屋表面风压的分布规律和特征。

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ｓｉｍｐｌｅｃ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测。

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ｓｉｍｐｌｅｃ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测。

针对目前《建筑结构荷载规范》无法给出体形复杂结构表面风压分布的缺点,基于计算流体力学与大气边界层理论,利用cfd数值模技术对带裙房的建筑结构表面风压分布进行了分析。研究结果表明,数值模拟得到的建筑结构迎风面体形系数与规范数据吻合较好;只有建筑物的迎风面处于正压区域,其余面均处于负压区。相关成果可为建筑物抗风设计提供可靠依据。

对正弦波动来流条件下三维复杂结构建筑物表面风压分布进行了风洞实验测量和数值模拟研究.通过对风洞动力系统的变频调节,实现了正弦来流的周期和振幅变化.采用realizablek-ε(模型和simple算法进行了数值模拟.结果显示:来流的正弦波动对建筑表面的风压分布具有显著的影响,与定常平均来流对比,风压系数变化平均达15%,局部最大值达45%;正弦来流对屋面各测点风压系数的影响程度随正弦来流周期的减小而增大,随来流振幅的增加而增大;受影响较大的测点出现在屋面迎风侧流动分离区.

对开洞高层建筑刚性模型进行了风洞测压试验。基于试验结果,分析了立面和洞口表面的风压分布规律,研究了洞口表面脉动风压的功率谱。结果表明:当洞口轴线方向与来流方向一致时,迎风面洞口附近区域的平均风压系数总体上比立面不开洞时减小,少数测点的平均风压系数增大,脉动风压系数变化较小;背风面平均风压系数总体上比立面不开洞时减小,但洞口附近局部平均风压系数增大可达40%,脉动风压系数的变化规律与平均风压系数类似;侧风面平均风压系数和脉动风压系数比立面不开洞时均有不同程度的减小;洞口内部为负风压,脉动风压的功率谱与一般高层建筑侧风面气流分离区域脉动风压的功率谱有明显差异。最后,给出了设置两个洞口时,立面极值风压系数的影响系数以及洞口表面极值风压系数的分布图。

对美国佛罗里达州迈阿密市区内一栋具有复杂外形的低层民用建筑刚体模型进行测压风洞试验,研究了由于建筑物过于接近所形成的夹缝内围护结构的风压分布特性及其相关影响因素。结果表明,任意风场下建筑物夹缝内始终处于负压状态,甚至产生局部不安全因素。进入夹缝的风量和风速与夹缝内负压力绝对值成正比例关系。适当对夹缝进行遮挡能有效减小缝内负压效应。

采用数值模拟方法对联体型高层建筑“之江大厦”的表面风压进行了计算，并在边界层风洞中对大厦的风压作了模型试验测定。数值模拟基于ｒｅｙｎｏｌｄｓ时均方程，运用了一种扩展的ｋ－ε湍流模型；由控制容积法实现了控制微分方程的离散，ｓｉｍｐｌｅｃ算法实现了非线性离散化方程的迭代求解。计算得到的风压值与风洞试验值作了比较，结果表明数值模拟较好地反映了联体型高层建筑各表面风压的分布情况，由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合。

通过数值模拟计算,讨论与分析了三种基本风力集中器建筑型式(非流线体型、平板型和扩散体型)对风能利用的情况。根据模拟结果可知,三种风力集中器建筑型式对增大风速、强化风能利用均具有良好的效果。

风力集中式建筑物风能密度分布的数值模拟——通过数值模拟计算,讨论与分析了三种基本风力集中器建筑型式(非流线体型、平板型和扩散体型)对风能利用的情况。根据模拟结果可知,三种风力集中器建筑型式对增大风速、强化风能利用均具有良好的效果。

基于雷诺时均n-s方程和spalart-allmaras湍流模型,运用稳定化流体有限元法数值模拟含檐口双坡低矮屋面的风压分布和风载体型系数,分析了檐口的竖向高度和外伸长度及屋面坡度等关键参数对屋面风载体型系数和周围流场的影响.结果表明:檐口竖向高度对屋面风压分布和风载体型系数的影响较大;水平外伸檐口自身承受的吸力较大,而其长度对屋面风载体型系数影响较小;同时设置竖向和水平檐口时,对屋面风载体型系数的影响明显.

针对四个处理机的ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并行计算机系统，建立了建筑风压数值模拟问题基于ｓｉｍ－ｐｌｅｃ算法的几种并行化策略：分区并行策略、方程并行策略和双重并行策略。对各种策略的计算流程、数据通讯及并行效率等进行了分析和比较，并通过实例计算作了验证。

采用基于rans的sst(shearstresstransport)k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响.在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较.结果表明,采用sstk-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定.通过规范比较可知,中国规范相对简单,美澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响.最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议.

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为了获得大型冷却塔的内表面风压,应用cfd数值模拟方法进行计算,分别采用可实现的k-ε湍流模型和多相流模型计算由外风场作用和冷热空气自循环系统产生的内压,并分析这2种内压沿高度和纬度的分布规律,进行2种内压的合成计算,最后给出冷却塔内压的建议值.计算结果表明:外风场作用产生的内压随高度和纬度变化明显,自循环系统产生的内压沿着纬度几乎不变.当外风场风速较小时,自循环系统产生的内压在合成内压中占一定的比例,当外风场风速较大时,自循环系统产生的内压可以忽略.

针对上海市某商业街区建立了简化物理模型,采用离散化的数值模拟方法对该街区风场进行三维模拟研究。首先采用caarc标准模型进行可行性验证,探讨了流体力学数值模拟的适用性和精确度。然后对该街区风场及建筑物的风场进行了数值模拟,分析了由于狭长t字型建筑布局而引起的巷道风效应。最后,讨论了街区群楼间间距及建筑布局等因素的改变对风场和风荷载的影响。研究结果表明,商业街区规划时应避免巷道风效应,并建议将行人高度风环境纳入考虑的范畴。

利用有限分析法数值模拟了风对建筑物体的绕流，对高雷诺数问题引进了一个经验公式较好地克服了实际中的困难，对方形、圆形及两头尖等各种形状物体绕流的计算结果表明数值方法在准确模拟各种形状建筑物体的绕流流场方面是成功的。

开敞式拱形波纹钢屋盖的风压分布及体型系数研究

根据某金融大厦的双层玻璃幕墙墙面,制作了缩尺比为1/40的大比例节段模型和1/150的整体模型,分别进行风洞试验。试验表明,外层幕墙的内侧面压力和内层幕墙的外侧面压力几乎相等;当通风口打开或一半打开时,外层幕墙的净风压很小,内层幕墙风荷载与单层幕墙几乎相等;当通风口封闭时,外层幕墙的风荷载与单层幕墙的相近,而内层幕墙的压力很小。

针对高层建筑风场和风压力问题，选用了标准ｋ－ε紊流模型和交错网格的有限体积法，对两项高层建筑物风场和压力场进行了数值模拟，其结果与经验计算结果进行比较，数模结果比较满意