高層、大跨結構風壓分布特征的數(shù)值模擬與分析.pdf

1、風洞模擬試驗和實地觀測是結構風工程研究的傳統(tǒng)手段，但它們存在周期長、花費高等許多缺陷。計算風工程是結構風工程領域近年來出現(xiàn)的一個新的分支，它是利用計算流體動力學方法在計算機上模擬結構周圍風場變化并求解作用于結構的風荷載。相對于其它研究手段來說，計算風工程的優(yōu)勢在于：首先可以節(jié)省大量資金，其次可以模擬自然界中真實的風場，還可以方便地獲得實驗中不便測量的數(shù)據(jù)。 本文首先推導了結構風壓分布模擬的控制方程。自然風可以看成是最一般的流體流

2、動，因此推導了流體動力學的基本方程，包括連續(xù)方程、動量方程、能量方程、狀態(tài)方程和內(nèi)能表達式。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，從而獲得了大氣風流動的基本控制方程。由于風的湍流特性，直接利用大氣風流動的基本控制方程模擬風的流動不能實現(xiàn)，于是引入了湍流的統(tǒng)計平均方法，推導了描述風湍流時均流動的基本方程，包括連續(xù)方程和雷諾方程。為了解決風湍流時均流動基本方程的不封閉性，討論了計算風工程領域一些常用的湍流模型。通過這些湍流

3、模型，組成了完整的結構風壓分布數(shù)值模擬的控制方程。 然后利用推導出的結構風壓分布數(shù)值模擬的控制方程，模擬了雙塔樓高層建筑的表面風壓及其周圍風場。介紹了大氣邊界層風的基本特性，討論了描述這些基本特性的參數(shù)以及相關的經(jīng)驗公式。給出了規(guī)范中基本風壓的概念以及風速與風壓的關系，確定了風壓模擬中所需的邊界層風的基本特性參數(shù)值。然后基于定常的采用RNGκ-ε湍流模型的結構風壓分布數(shù)值模擬的控制方程，對方形截面對稱雙塔樓高層建筑的表面風壓及其