收稿日期 :2005-0 1-21 ;修改稿收到日期 :2005-07-14.
基金项目 :国家自然科学基金重点项目(50338010) ;
国家自然科学基金面上项目(50078018)资助项目 .
作者简介 :孙晓颖
*
(1975-) ,女 ,博士 ,讲师 ;
武 岳(1972-) ,男,博士 ,副教授 ;
沈世钊(1933-)男 ,教授 ,博士生导师 ,中国工程院
院士 .
第24卷第3期
2007 年 6 月
计算力学学报
Chinese Journal of Comput ational Mechanics
Vol
.2 4 ,
No
.3
June
2007
文章编号 :1007-4708(2007)03-0294-07
平屋盖风压分布的数值模拟
孙晓颖
*
, 武 岳 , 沈世钊
(哈尔滨工业大学 土木工程学院 ,黑龙江 哈尔滨 150090)
摘 要 :基 于
Reyno lds
时均
N
-
S
方程和
RSM
模型对平屋面的风压分布进行了数值模拟 ,在此基础上系统研究
了风向角、跨高比、地面粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响 ,探讨了结构周围流场的绕流特性 ,最后根据
屋面的结构形式及风压分布特点将屋面进行分区 ,给出了屋面在不同风向角下的分区风载体型系数以供工程设
计参考。
关键词 :平 屋 面 ;数 值 模 拟 ;风 压 分 布 ;分区风载体型系数
中图分类号 :
TU
312 .1 文献标识码 :
A
1 引 言
平屋面是最简单且颇具代表性的大跨屋盖结
构 ,在室内体育馆、飞机修理库等建筑中得到了大
量的应用 ,它的风压分布体现了大跨度屋盖的一些
共性问题 ,因此国内外许多学者从平屋面入手对大
跨屋盖风荷载特性进行研究
[1-3]
。目前 ,风荷载研
究主要借助风洞试验和现场实测方法 ,然而随着计
算机水平的飞速发展和计算流体动力学
CFD
(
Co mputational Fluid Dynamic
)技术的不断完善 ,
在计算机上对结构周围流场进行数值模拟已成为
一种新的有效方法。
本文基于
R e ynolds
时均
N
-
S
方程 ,采用
RSM
模型对平屋面的风压分布进行了数值模拟 ,利用有
限体积法和
SIMPLE
压力校正算法来实现非线性
离散化方程的解耦和迭代求解。文中将数值模拟
结果与风洞试验结果进行了对比分析 ,两者吻合较
好。在此基础上系统研究了风向角、跨高比、地面
粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响 ,探讨
了结构周围流场的绕流特性 ,最后根据屋面的结构
形式及风压分布特点将屋面进行分区 ,给出了屋面
各区域的风载体型系数以供工程设计的参考。
2 计算方法
近地面风可假设为低速、不可压缩和粘性的牛
顿流体
[4 -6]
,其基本控制方程(
N
-
S
方程) 为
(1) 基于质量守恒原理的连续方程 :
·
U
=0,
U
=(
u
1
,
u
2
,
u
3
)(1)
(2) 基于牛顿第二运动定律的动量方程(
i
,
j
=1,2,3):
ρ
∂
u
i
∂
t
+ ·(ρ
u
i
U
)=-
∂
p
∂
x
i
+
∂
τ
ji
∂
x
j
(2)
对于
N
-
S
方程 ,可以用直接数值模拟的方法精
确地描述流体中所有尺度的湍流和流场特性的变
化 ,但在三维空间上特别是雷诺数较高时 ,其计算机
求解速度和耗时是难以忍受的。目前 ,工程上常采用
对
N
-
S
方程平均的方法来计算流体的湍流运动。
将
N
-
S
方程逐项平均可得基于雷诺应力的时
均
N
-
S
方程 :
∂
u
-
i
∂
x
i
=0 (3)
∂
u
-
i
∂
t
+
u
-
j
∂
u
-
i
∂
x
j
=-
1
ρ
·
∂
p
-
∂
x
i
+
v
∂
2
u
-
i
∂
x
j
∂
x
j
-
∂
∂
x
j
u
′
i
u
′
j
(4)
式(4) 是雷诺方程 ,和
N
-
S
方程相比 ,多出了
一组新的未知变量 ——— 雷诺应力
u
′
i
u
′
j
,连同速度
和压力 ,方程组共有 10 个未知量 ,而控制方程只有
四个 ,不封闭 ,应引入湍流模型进行求解。
本文采用雷诺应力方程模型(
RS M
) ,它是经
典湍流模型中最复杂也最具通用性的湍流模型 ,考
虑了湍流各向异性影响。这种模型放弃了涡粘性系
剩余6页未读，继续阅读
资源评论
weixin_38628243
- 粉丝: 1
- 资源: 907
