基于CFD技術(shù)的球殼結(jié)構(gòu)雷諾數(shù)相似性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代建筑美學(xué)的發(fā)展和使用功能的要求，大跨空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多，并以其大空間、多功能、內(nèi)部布置靈活等突出優(yōu)勢，在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著越來越重要的作用。這類結(jié)構(gòu)具有自重輕、柔性大、阻尼小等特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)荷載十分敏感，其風(fēng)壓分布復(fù)雜，風(fēng)荷載為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制荷載。CFD數(shù)值模擬技術(shù)雖然是近十幾年才發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究工具，但相比于傳統(tǒng)方法它具有設(shè)計(jì)周期短、試驗(yàn)費(fèi)用低、承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)小的優(yōu)勢，有著十分廣闊的發(fā)展前景，并且逐步開始在實(shí)際工程中有

2、所應(yīng)用，正逐漸成為輔助傳統(tǒng)試驗(yàn)風(fēng)洞的強(qiáng)有力的工具。
　　本文基于FLUENT流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬平臺(tái)，以現(xiàn)有研究比較成熟的二維方柱繞流模擬入手，在不同雷諾數(shù)下將七種湍流模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到RSM湍流模型能夠更好的模擬二維鈍體繞流。擴(kuò)展到三維空間結(jié)構(gòu)，采用大渦模擬技術(shù)計(jì)算了足尺結(jié)構(gòu)的表面風(fēng)壓分布(脈動(dòng)風(fēng)壓和平均風(fēng)壓)，并與實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法處理三維問題可靠性。
　　在此基礎(chǔ)上，采用大渦模擬和RSM

3、湍流模型，對(duì)矢跨比分別為1/2和1/5的兩類球殼結(jié)構(gòu)的表面風(fēng)壓分布進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并將計(jì)算結(jié)果與本課題組所作風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析。通過改變模型中影響雷諾數(shù)的兩個(gè)重要參數(shù)(風(fēng)速、縮尺比)值，系統(tǒng)研究了雷諾數(shù)相似性對(duì)球殼結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布的影響；通過改變模型表面粗糙度，研究了實(shí)際風(fēng)洞試驗(yàn)中通過改變模型表面粗糙度來彌補(bǔ)雷諾數(shù)失真的方法的可行性。
　　相同風(fēng)速下的模型，隨著縮尺比例的減小，球殼平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)均比原型結(jié)果偏小，并且球

4、殼表面的風(fēng)壓分布形式與原型亦有差異；通過增大風(fēng)速以滿足雷諾數(shù)相似要求，并不能使計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果更接近于原型結(jié)果；改變模型表面粗糙度并不能彌補(bǔ)雷諾數(shù)不相似帶來的模型表面平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓與原型的偏離；風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)時(shí)用到的雷諾數(shù)自模區(qū)與球殼結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，雷諾數(shù)自模區(qū)不會(huì)明顯改善因小縮尺比例而帶來的球殼模型表面平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓與原型偏離的結(jié)果。雷諾數(shù)對(duì)球殼模型表面平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓分布的影響趨子相同，只是個(gè)別情況時(shí)有差異。