准确地合成满足大气湍流边界层风场特征的大涡模拟入流脉动风场是当前研究山区地形绕流风场特征的关键问题.文章在NSRFG(narrowband synthesis random flow generation)方法的基础上,通过对空间调谐因子γ_(j)进行空间相关性修正,同时...准确地合成满足大气湍流边界层风场特征的大涡模拟入流脉动风场是当前研究山区地形绕流风场特征的关键问题.文章在NSRFG(narrowband synthesis random flow generation)方法的基础上,通过对空间调谐因子γ_(j)进行空间相关性修正,同时引入时间尺度修正系数τ_(0)和谱能量修正系数λ_(j),提出了一种改进的大涡模拟入流脉动合成方法——INSRFG(improved NSRFG),并采用该方法进行了三维山丘绕流风场大涡模拟研究,通过与风洞试验结果及B类风场规范风剖面的对比分析,验证了改进方法的有效性.结果表明,与NSRFG方法相比,改进后的INSRFG方法模拟得到的脉动风速场,能更好地满足脉动风速功率谱、时间相关性和空间相关性等湍流风场的基本特征;在三维山丘绕流风场方面,基于INSRFG方法模拟得到的山丘的平均和脉动风场,与风洞试验结果具有更好的一致性,特别是在流动较为复杂的山丘背风面,其与风洞试验结果之间的相对误差更小;与NSRFG方法相比,INSRFG方法模拟得到的山丘周围的流场结构分布更加合理,特别是在山丘背风面,能够更好地重现山丘流场结构的多尺度性.展开更多
复杂地形风力机安装时吊装平台的开挖易形成边坡地形,改变了原始地形地貌,导致湍流风场特性发生变化,严重影响风力机的发电效率和安全运行。为分析吊装平台开挖后形成边坡地形的湍流风场特性,以二维山脊地形为研究对象,基于窄带湍流合成...复杂地形风力机安装时吊装平台的开挖易形成边坡地形,改变了原始地形地貌,导致湍流风场特性发生变化,严重影响风力机的发电效率和安全运行。为分析吊装平台开挖后形成边坡地形的湍流风场特性,以二维山脊地形为研究对象,基于窄带湍流合成法(narrow band synthesis random flow generation,NSRFG)方法建立了大气湍流风场并作为数值计算的入流条件,对吊装平台5种开挖位置和5种开挖深度形成的边坡地形的风场进行大涡模拟研究。结果表明:在5种开挖位置形成的边坡地形条件下,随着距离平台高度的增大,各吊装平台处的风速呈现先增大后减小再增大的趋势,湍动能呈现先增大后减小的趋势;当开挖的吊装平台位于迎风侧时,风速和湍动能在离平台较低的位置达到稳定。随着开挖深度的增大,离平台较近的区域风速波动越大,当开挖深度为0.075倍的山脊高度时,风速变化范围最小,湍动能峰值也最小。该研究可为复杂地形条件下风力机吊装平台的开挖提供参考依据。展开更多
超高层建筑属风敏感结构,对建筑外形进行适当气动优化可有效降低结构风荷载及风致响应。基于大涡模拟(LES)方法,采用一种新的入口湍流生成方法——NSRFG(narrow-band synthesis random flow generation)方法,进行超高层建筑标准模型(CAA...超高层建筑属风敏感结构,对建筑外形进行适当气动优化可有效降低结构风荷载及风致响应。基于大涡模拟(LES)方法,采用一种新的入口湍流生成方法——NSRFG(narrow-band synthesis random flow generation)方法,进行超高层建筑标准模型(CAARC)角区开槽的气动优化研究。首先进行了CAARC高层建筑标准模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验结果对比,以验证NSRFG方法的适用性;然后以CAARC模型为基础,设计了4种开槽气动优化方案,通过LES模拟得到基底弯矩功率谱,以估算建筑顶部位移响应和顶部峰值加速度响应。结果对比显示:对于矩形截面高层建筑标模,无论原型还是4种开槽气动优化方案,横风向脉动响应和峰值加速度响应整体比顺风向大;与全封闭原型相比,采取不同开槽方案均能降低顺风向和横风向风振响应,其中角区开槽对顺风向响应的优化效果最好,周向开槽对横风向响应的优化效果最好;4种开槽方案对于横风向响应的优化效果明显优于顺风向,其中相对而言周向开槽优化效果相对最好,使横风向脉动位移响应和横风向峰值加速度响应分别降低28.4%、32.8%。因此,从减小矩形截面超高层建筑结构横风向响应角度考虑,建议采用周向开槽方案。展开更多
为提高钝体建筑结构绕流模拟结果的精度,基于两种大涡模拟(large eddy simulation, LES)入口湍流生成方法,分别为NSRFG(narrow band synthesis random flow generation)方法和CDRFG(consistent discretizing random flow generation)方...为提高钝体建筑结构绕流模拟结果的精度,基于两种大涡模拟(large eddy simulation, LES)入口湍流生成方法,分别为NSRFG(narrow band synthesis random flow generation)方法和CDRFG(consistent discretizing random flow generation)方法,进行CAARC(commonwealth advisory aeronautical research concil)高层建筑标准模型绕流的数值模拟比较研究。以风洞试验结果为参照,在对大气边界层湍流风场进行模拟验证的基础上,详细对比分析采用上述两种方法模拟得到的建筑表面平均和脉动风压系数、绕流场湍流结构、风压系数概率密度分布特性等的差异,并着重从脉动风压非高斯特性角度进行探讨,检验采用上述两种方法模拟钝体建筑结构绕流的适用性和准确性。结果显示:在受来流直接作用的建筑迎风面,采用两种方法模拟的脉动风压基本都符合高斯特性;而在受分离流和尾流作用的侧风面和背风面,采用NSRFG方法能更好地反映建筑表面脉动风压的非高斯特性。极值风压分析表明,为了满足99.38%的保证率,CAARC标准模型迎风面极大与极小峰值因子需分别取为3.0和2.5,侧风面和背风面极大和极小峰值因子需分别取为2.5和4.0。展开更多
文摘复杂地形风力机安装时吊装平台的开挖易形成边坡地形,改变了原始地形地貌,导致湍流风场特性发生变化,严重影响风力机的发电效率和安全运行。为分析吊装平台开挖后形成边坡地形的湍流风场特性,以二维山脊地形为研究对象,基于窄带湍流合成法(narrow band synthesis random flow generation,NSRFG)方法建立了大气湍流风场并作为数值计算的入流条件,对吊装平台5种开挖位置和5种开挖深度形成的边坡地形的风场进行大涡模拟研究。结果表明:在5种开挖位置形成的边坡地形条件下,随着距离平台高度的增大,各吊装平台处的风速呈现先增大后减小再增大的趋势,湍动能呈现先增大后减小的趋势;当开挖的吊装平台位于迎风侧时,风速和湍动能在离平台较低的位置达到稳定。随着开挖深度的增大,离平台较近的区域风速波动越大,当开挖深度为0.075倍的山脊高度时,风速变化范围最小,湍动能峰值也最小。该研究可为复杂地形条件下风力机吊装平台的开挖提供参考依据。
文摘超高层建筑属风敏感结构,对建筑外形进行适当气动优化可有效降低结构风荷载及风致响应。基于大涡模拟(LES)方法,采用一种新的入口湍流生成方法——NSRFG(narrow-band synthesis random flow generation)方法,进行超高层建筑标准模型(CAARC)角区开槽的气动优化研究。首先进行了CAARC高层建筑标准模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验结果对比,以验证NSRFG方法的适用性;然后以CAARC模型为基础,设计了4种开槽气动优化方案,通过LES模拟得到基底弯矩功率谱,以估算建筑顶部位移响应和顶部峰值加速度响应。结果对比显示:对于矩形截面高层建筑标模,无论原型还是4种开槽气动优化方案,横风向脉动响应和峰值加速度响应整体比顺风向大;与全封闭原型相比,采取不同开槽方案均能降低顺风向和横风向风振响应,其中角区开槽对顺风向响应的优化效果最好,周向开槽对横风向响应的优化效果最好;4种开槽方案对于横风向响应的优化效果明显优于顺风向,其中相对而言周向开槽优化效果相对最好,使横风向脉动位移响应和横风向峰值加速度响应分别降低28.4%、32.8%。因此,从减小矩形截面超高层建筑结构横风向响应角度考虑,建议采用周向开槽方案。
文摘为提高钝体建筑结构绕流模拟结果的精度,基于两种大涡模拟(large eddy simulation, LES)入口湍流生成方法,分别为NSRFG(narrow band synthesis random flow generation)方法和CDRFG(consistent discretizing random flow generation)方法,进行CAARC(commonwealth advisory aeronautical research concil)高层建筑标准模型绕流的数值模拟比较研究。以风洞试验结果为参照,在对大气边界层湍流风场进行模拟验证的基础上,详细对比分析采用上述两种方法模拟得到的建筑表面平均和脉动风压系数、绕流场湍流结构、风压系数概率密度分布特性等的差异,并着重从脉动风压非高斯特性角度进行探讨,检验采用上述两种方法模拟钝体建筑结构绕流的适用性和准确性。结果显示:在受来流直接作用的建筑迎风面,采用两种方法模拟的脉动风压基本都符合高斯特性;而在受分离流和尾流作用的侧风面和背风面,采用NSRFG方法能更好地反映建筑表面脉动风压的非高斯特性。极值风压分析表明,为了满足99.38%的保证率,CAARC标准模型迎风面极大与极小峰值因子需分别取为3.0和2.5,侧风面和背风面极大和极小峰值因子需分别取为2.5和4.0。
