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CFD风荷载数值模拟相关参数研究及在下击暴流中的应用

作　者: 田晨
导　师: 杨庆山；陈波
学　校: 北京交通大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: CFD数值模拟计算域湍流模型网格尺寸下击暴流
分类号: TU312.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 135次
引　用: 1次
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内容摘要

结构抗风研究的方法包括：现场实测、理论模型和分析、风洞试验研究、基于CFD的数值模拟技术。近年来,随着计算机技术的提高,数值模拟以其自身的优点展现出广阔的发展空间,已经引起越来越多的关注。但同时由于风工程数值模拟起步较晚,目前利用数值模拟技术计算大气边界底层的复杂流场,还有许多困难有待克服。本文的研究工作围绕建筑风荷载的数值模拟开展,介绍了相关的基本理论、基本模型、基本参数和方法；并建立相应的模型,通过模拟计算对计算域尺寸设置、湍流模型的优劣、网格尺寸的划分进行了研究探讨,给出了相应的标准。本文另一部分内容是对雷暴天气下击暴流进行了研究,其具有与常规大气边界层近地风完全不同的风场特征。利用CFD数值计算方法,进行了两部分工作：(1)、分别进行了二维模型和三维模型的模拟,得到了与经典理论吻合的速度及尺度特征。(2)、分别在下击暴流风场里沿r=0D、r=0.5D、r=1D、r=1.5D、r=2D和r=3D六个径向位置布置了大跨建筑和高层建筑,得到了每种模型的表面风压系数分布,以及其顶面上所受的合力,为结构抗风设计提供参考。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-18
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 风工程和计算风工程  11-17
    1.2.1 风工程概况  11-12
    1.2.2 风工程的研究方法  12-14
    1.2.3 建筑结构风荷载数值模拟国内外研究现状  14-16
    1.2.4 下击暴流数值模拟国内外研究现状  16-17
  1.3 本文所做的工作  17-18
2 计算风工程数值模拟理论  18-25
  2.1 计算风工程数值模拟基本理论  18
  2.2 湍流流动特征  18-19
  2.3 数值模拟基本方程  19-20
  2.4 数值模拟方法  20-21
    2.4.1 直接数值模拟(DNS)  20
    2.4.2 非直接数值模拟(LES,RANS,统计平均法)  20-21
  2.5 数值模拟一般步骤  21-22
  2.6 数值模拟经典的标准模型  22-25
3 CFD数值模拟相关技术研究  25-43
  3.1 计算域的设置  25-31
    3.1.1 计算域高度的设置  26-29
    3.1.2 计算域水平尺度设置  29-31
  3.2 湍流模型的比较  31-38
    3.2.1 湍流模型的介绍  31-33
    3.2.2 基本数值模型  33-34
    3.2.3 表面风压系数比较  34-36
    3.2.4 平均风速矢量比较  36-38
  3.3 计算区域的离散-网格划分  38-42
    3.3.1 网格划分基本原则  38-39
    3.3.2 网格密度比较基本数值模型  39-40
    3.3.3 表面风压系数比较  40-41
    3.3.4 建筑物周围速度流线比较  41-42
  3.4 本章小结  42-43
4 下击暴流作用下建筑物的CFD数值模拟  43-59
  4.1 下击暴流的定义和形成过程  43-49
    4.1.1 下击暴流的风场特征  44-45
    4.1.2 下击暴流的风场模型  45-46
    4.1.3 下击暴流的基本计算模型  46-49
  4.2 下击暴流的数值模拟  49-58
    4.2.1 下击暴流模拟的几何模型  49-50
    4.2.2 下击暴流模拟的数值参数  50
    4.2.3 下击暴流的二维数值模拟  50-52
      4.2.3.1 网格划分及初始条件  50-51
      4.2.3.2 模拟结果分析  51-52
    4.2.4 下击暴流的三维数值模拟  52-54
      4.2.4.1 网格划分及初始条件  52-53
      4.2.4.2 模拟结果分析  53-54
    4.2.5 大跨结构在下击暴流风场中的数值模拟  54-56
    4.2.6 高层结构在下击暴流风场中的数值模拟  56-58
  4.3 本章小结  58-59
5 结论与展望  59-62
  5.1 结论  59-60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-66
作者简历  66-68
学位论文数据集  68

CFD风荷载数值模拟相关参数研究及在下击暴流中的应用

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