不同橫截面高層建筑全風(fēng)向氣動(dòng)性能CFD數(shù)值模擬研究.pdf

1、高層建筑結(jié)構(gòu)與一般建筑、構(gòu)件物不同，隨著高度的不斷增加，其抗風(fēng)問題變得越來越突出。多年來高層建筑抗風(fēng)評(píng)價(jià)主要是通過風(fēng)洞試驗(yàn)開展，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算風(fēng)工程方法的快速發(fā)展，通過數(shù)值風(fēng)洞來研究高層建筑氣動(dòng)特征已成為風(fēng)洞試驗(yàn)之外的另一重要研究手段。高層建筑抗風(fēng)的研究方法已從二維和定常模擬向三維和非定常研究發(fā)展。高層建筑的氣動(dòng)外形對結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能有很大影響，國內(nèi)外對高層建筑的修正外形如開孔、削角、凹角進(jìn)行過一系列研究，但對其全風(fēng)向氣動(dòng)性能研究

2、較少?；诖?，本文對六種不同截面（方形、矩形及10％修正率的削角、凹角截面），進(jìn)行了全風(fēng)向二維數(shù)值模擬計(jì)算，并對比分析了零度風(fēng)向角下三維大渦模擬計(jì)算結(jié)果與二維模擬結(jié)果的差異。研究不同截面的繞流特性和氣動(dòng)性能參數(shù)，分析了靜力三分力系數(shù)、表面壓力系數(shù)及斯托羅哈數(shù)等氣動(dòng)參數(shù)，并比較了不同截面在氣動(dòng)性能方面的優(yōu)劣。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　首先，利用雷諾平均法(RANS)的k-ωSST模型計(jì)算了不同截面的二維繞流特性，與已有文獻(xiàn)結(jié)

3、果相對比驗(yàn)證計(jì)算方法的可行性，并研究了零度風(fēng)向角下各截面的靜力三分力系數(shù)、表面壓力系數(shù)及分布和斯托羅哈數(shù)等;計(jì)算了不同截面的雷諾數(shù)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在亞臨界區(qū)間內(nèi)靜力三分力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化波動(dòng)較小，斯托羅哈數(shù)也變化不大。
　　其次，通過二維數(shù)值模擬得到了不同截面全風(fēng)向繞流特性，研究了三分力系數(shù)、斯托羅哈數(shù)隨風(fēng)向角變化的規(guī)律曲線。方形截面和其削角、凹角截面相比較，削角、凹角截面可以有效減少氣動(dòng)阻力，其中削角截面阻力性能更為優(yōu)越，在低風(fēng)速下可

4、以減小阻力達(dá)30％。矩形削角、凹角截面斯托羅哈數(shù)隨風(fēng)向角增加一路減少，并且在低風(fēng)向角下平均阻力系數(shù)比矩形截面小，說明了修正的矩形截面也可以有效減小氣動(dòng)阻力。
　　最后，通過大渦模擬方法模擬了不同截面柱體結(jié)構(gòu)的三維繞流問題，也對縮尺比為1∶600的方形和矩形截面高層模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了三分力系數(shù)、壓力分布系數(shù)和斯托羅哈數(shù)的相關(guān)規(guī)律，與二維計(jì)算結(jié)果相對比，本文計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合，更好捕捉了鈍體結(jié)構(gòu)的真實(shí)繞流特性，說明