非等径圆柱风荷载的数值模拟

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圆柱绕流的数值模拟

圆柱绕流的数值模拟张玉静 20070360204 过控（2）班化工与能源学院摘要:使用计算流体力学软件FLUENT,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,模拟雷诺数为5，20,40,100时的绕流流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。

计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。

当Re=5时，流动不发生分离,其后未形成旋涡，当Re=20,40,100时，流体发生分离，其后形成旋涡，且旋涡随着Re的增大而增大。

利用计算流体力学软件FLUENT可以成功地模拟圆柱绕流问题,反映出流动特性。

关键词:圆柱绕流；FLUENT；雷诺数Abstract:Uniform flow around a mounting cylinder is simulated with the application of FLUENT software while Reynolds number is 5,20,40,100. Stream function and velocity vector distributions are indicated. The results show that a series of construction appears as Reynolds number increases. When Re is 5, Flow separation does not occur, and it does not form vortex . When Re is 20,40,100, Flow separation occurs, and it forms vortex. V ortex increases with the increase of Re. Using computational fluid dynamics software FLUENT can successfully simulate flow around cylindrical, reflect the flow characteristic.Key words：Flow around a circular cylinder；FLUENT；Reynolds number1 圆柱绕流理论分析研究的状况一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。

船舶风载荷数值模拟中流域构造方法的研究与应用

船舶风载荷数值模拟中流域构造方法的研究与应用张亚1，于晨芳1，蒋武杰2（1. 江南造船（集团）有限责任公司，上海201913；2. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）摘要：以15 000 TEU集装箱船为计算对象，针对船舶风荷载数值模拟中多风向角工况下大量重复性工作问题，基于STAR-CCM+平台，提出3种计算域构造方法：移动参考系模型法（MRF）、重叠网格法（Overset Mesh）、内外域分区构造法（Subregion），实现多风向角计算模型共享，助力风载荷数值建模的完全流程化和自动化。

3种构造方式下风载荷数值模拟结果具有很好的一致性，验证了方法的同质性，并将正迎风时纵向力系数与Fujiwara经验公式对比，差异不大，初步证实计算结果的准确性，待后续风洞试验结果的进一步验证。

关键词：船舶风载荷；流域构造；CFD中图分类号：U661.1 文献标志码：A DOI：10.14141/j.31-1981.2021.03.003Study and Application of Domain Decomposition Method in ShipWind Load SimulationZHANG Y a1, YU Chenfang1, JIANG Wujie2(1. Jiangnan Shipyard (Group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China; 2. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai200011, China)Abstract: T aken 15 000 TEU container ship as the calculation object, aiming at the problem of lots of repeating work in the numerical simulation of ship wind loads under the multi-wind-angle condition, based on STAR-CCM+ platform, three methods of the computational domain decomposition are proposed such as moving reference frame (MRF), Overset Mesh and Subregion, which realizes the sharing of calculation mode of multi-wind-angle and helps the full process-oriented and automatic numerical model establishment of wind loads. The simulation results of wind loads by the three decomposition methods are of good consistency, which proves the homogeneity of the methods. The longitudinal force coefficient of head wind is compared with the Fujiwara empirical formula and both fit well with no large difference, which preliminarily verifies the accuracy of the calculation results. It will be further verified by the subsequent wind tunnel test.Key words: ship wind load; domain decomposition; CFD0 引言随着船舶能效设计指数（Energy Efficiency Design Index，EEDI）的逐步施行，特别是在国际海事组织（International Maritime Organization，简称：作者简介：张亚（1989—），女，硕士。

轴流泵定常、非定常数值模拟

轴流泵定常、非定常数值模拟1网格划分1.1. 叶轮[1] 在NX中，【文件(F)】→【导出(E)】→STEP203，将水体转成.stp格式。

[2] 打开ICEM CFD，【File】→【Change working directory】，选择工作目录。

[3] 【File】→【Import Geometry】→【STEP/IGES】，导入几何体，【Apply】如图4-6-1。

图4-6-1 导入几何图4-6-2 划分part[4] 【Geometry】→【Repair Geometry】，，【Apply】。

若均为红线则实体拓扑结构完整。

[5] 为了便于后面的网格划分和后续的CFD设置，将叶轮水体的不同部位设为不同的“part”，如图4-6-2。

[6] 【Creat Body】，点击“2 screen location”后的鼠标箭头，在体上选择两点，要求这两点的连线都在体内，如图4-6-3。

点1点2单击图4-6-3 生成BODY[7] 【Mesh 】→【Global Mesh Setup】进行全局网格设置，“Scale factor”：1.0，“Max element”:10.0，【Apply】。

a·ii·b图4-6-4 全局网格设置[8] 【Mesh】→【Part Mesh Setup】，进行局部网格加密。

如图5，设置max size，CKB（出口边）：0.5，JKB（进口边）：0.5，KT（壳体）：4，LG（轮毂）：4，YLCK（叶轮出口截面）：4，YLJK（叶轮出口截面）：4，YP（叶片）：2。

图4-6-5 局部网格加密[9] 【Mesh】→【Compute Mesh】，【V olume Mesh】，“Mesh Type”：Tetra/Mixed，”Mesh Method”：Robust(Octree)，如图4-6-6a，【Compute】。

生成网格数：134万，如图4-6-6b。

风荷载体型系数μs表

风荷载体型系数μs表1. 介绍风荷载是指风对建筑物、结构物等工程设施所产生的作用力。

在工程设计中，需要考虑风荷载对建筑物的影响，以确保结构的安全性和稳定性。

风荷载是由风速、建筑物的形状和尺寸等因素决定的。

风荷载体型系数（μs）是用于计算风力作用于建筑物上表面的转换系数。

该系数与建筑物的形状和尺寸相关，反映了不同结构在风中产生风力的特性。

风荷载体型系数的计算可以通过试验、经验公式或数值模拟等方法获得。

2. 风荷载体型系数的计算风荷载体型系数的计算涉及到建筑物的几何特征，如高度、宽度、方向等。

具体的计算方法根据不同的建筑物类型和风荷载标准可能有所不同，下面是一般情况下的计算方法：步骤 1：根据建筑物的形状和尺寸确定所属类别。

建筑物可以分为不同的类别，如矩形、圆柱形、倒梯形、单层或多层平面等。

根据实际情况确定建筑物所属的类别。

步骤 2：根据建筑物的几何特征计算相关参数。

根据建筑物的几何特征，计算相关参数，如高度、宽度、倾斜角度等。

这些参数将用于后续的计算。

步骤 3：根据建筑物类别和参数计算风荷载体型系数。

根据所属类别和计算得到的参数，查找相应的风荷载体型系数表格。

根据表格中的数值确定风荷载系数的值。

3. 风荷载体型系数的应用风荷载体型系数用于计算风荷载的转化系数，将风速转化为作用于建筑物上表面的风力。

该系数在结构设计中起着重要的作用。

通过乘以风压系数和风速，可以计算出作用于建筑物上表面的风力。

风荷载体型系数的正确选择对于结构的安全性和稳定性至关重要。

不同的结构形状和尺寸对应的风荷载体型系数不同，因此需要根据具体情况进行选取。

风荷载体型系数还可用于风洞试验和风荷载分析。

在风洞试验中，可以通过测量风压和风速，计算出实际风荷载体型系数的值，与理论计算进行对比，验证计算方法的准确性。

在风荷载分析中，可以根据建筑物所属类别和几何特征，选择相应的风荷载体型系数进行计算。

结论风荷载体型系数（μs）表是用于计算风荷载的转换系数的重要工具。

圆柱绕流的非定常数值模拟(华北电力大学-耿新强)

1.1 钝体绕流概述及研究意义 .............................................................................1 1.2 圆柱绕流研究现状 .........................................................................................2
1.2.1 圆柱绕流机理 ......................................................................................2 1.2.2 圆柱绕流的国内外研究进展 ..............................................................9 第 2 章软件概述 .....................................................................................................11 2.1 GAMBIT 简介 ................................................................................................11 2.2 FLUENT 软件简介 .........................................................................................12 2.2.1 模拟能力 ............................................................................................12 2.2.2 求解步骤 ............................................................................................13 2.2.3 求解方式 ............................................................................................13 2.3 Tec plot 后处理软件......................................................................................14 第 3 章圆柱绕流的非定常数值模拟 .......................................................................15 3.1 湍流模型以及数值模拟的方法 ...................................................................15 3.2 湍流的基本方程 ...........................................................................................17 3.3 圆柱数值模拟步骤与方法 ...........................................................................17 3.3.1 网格的划分即计算区域的离散 ........................................................18 3.3.2 边界条件与收敛准则 ........................................................................19 3.3 对数值模拟结果的分析 ...............................................................................21 3.3.1 计算结果云图显示 ............................................................................21 3.3.2 圆柱绕流的阻升力系数的确定与分析 ............................................26 第 4 章结论及展望 ...............................................................................................27 参考文献................................................................................................................28 致谢..........................................................................................................................29

圆柱体建筑物风压系数的数值模拟

圆柱体建筑物风压系数的数值模拟
苏浩;丁云飞;王元明;王剑平
【期刊名称】《制冷与空调（四川）》
【年(卷),期】2016(030)003
【摘要】利用CFD方法对圆柱体建筑物表面风压进行数值模拟，计算圆柱体建筑物的风压系数和风荷载体型系数，分析湍流模型对体型系数的影响。

结果显示，在自适应网格条件下的RNG k-ε湍流模型的模拟结果与《建筑结构荷载规范》中给出的圆柱体建筑物风荷载体型系数能够很好的吻合。

【总页数】7页(P249-255)
【作者】苏浩;丁云飞;王元明;王剑平
【作者单位】广州大学土木工程学院广州 510006;广州大学土木工程学院广州510006; 广州大学广东省建筑节能与应用科技重点实验室广州 510006;广州大学土木工程学院广州 510006;广州大学土木工程学院广州 510006
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.5
【相关文献】
1.阻塞率对表面风压系数影响的数值模拟 [J], 方平治;顾明;谈建国;栾桂汉
2.基于CFD软件桥梁断面风压系数的数值模拟 [J], 竹剡锋;李彬
3.数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究 [J], 朱伟亮;杨庆山;黄韬颖
4.±1100kV换流站阀厅表面风压系数数值模拟分析 [J], 陈寅;邹琦;张华;朱东
5.水平圆柱体上波流力特征的数值模拟 [J], 王艳;王树齐;王坤鹏
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圆柱绕流理论研究和数值模拟

圆柱绕流理论研究和数值模拟摘要：在生活中,绕流问题随处可见，河水流过桥墩长期以来物体绕流问题是我们学者研究和分析的热点问题，其中最典型的是绕流圆柱体的现象是卡门涡街。

应用CFD方法求流体力学的经典问题。

电脑的数值模拟方法的优点在于能够不受物理模型和实验模型的基本条件限制，有较好的灵活性，经济性，适应性，能够很好地处理现实的问题。

本课题利用软件FLUENT通过应用连续性方程和动量方程求解层流状态下，固定的圆柱体绕流问题，分别得到二维圆柱的周围流场流，速度矢量图，速度涡量图，求出其对应的阻力系数，把已有的模拟结果和理论研究结果进行比较，得出准确的绕流问题的结论,将测得的数据与已有的文献结论相比较，得出层流在不同文献下结果不尽相同。

关键词:FLUENT；阻力系数；雷诺数1柱体绕流阻力研究1.1 圆柱绕流的基本参数雷诺数(O.Reynolds)描述粘性流体力学最重要也是最基本的参数，其他无量纲物理量必然依赖于Re数。

它反映了惯性力与粘性力的比值：(1-1)其中ρ为流体的密度，U、L分别描述流体的特征速度和结构物的特征长度；μ、υ分别为流体的动力学及运动学粘性系数；决定圆柱绕流流态的是雷诺数的值 ,雷诺数在300≤Re≤3×105范围内的称为亚临界区，此时边界层仍是层流分离，而尾迹中己经是湍流涡街了;当雷诺数增加到3×105≤Re≤3.5×106时为临界区，边界层从层流分离转化为湍流分离;而后当Re≥3.5×106时为过临界区，完全变为湍流分离[1]。

斯特鲁哈数(Strouhal number)St：斯特鲁哈数根据罗斯柯(A .Roshko)1954年的实验结果，它只于雷诺数有关，在大雷诺数（Re＞1000)它近似地等于常数0.21[2]。

它是描述圆柱绕流的一个非常重要的无量纲数：(1-2)U是的均匀来流速度,直径为D的静止柱体,泻涡频率为；升力系数(1ift coemcient)：(1-3)阻力系数(dragcoefficient)：(1-4)式中为作用于单位长度圆柱上的升力，为作用于单位长度圆柱上的阻力。

非直轴线射流风机特征参数的数值模拟

建筑防火设计非直轴线射流风机特征参数的数值模拟丁智伟，陈潇，陆守香(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽合肥230026)摘要：为了避免风机出风口的气流与上、下壁面形成康达效应，基于流体动力学仿真模拟软件平台，建立二维仿真模型，研究地铁区间隧道内非直轴线射流风机特征参数影响下的速度场与压力场分布。

根据模拟结果可知,在不同进出口角度下，非直轴线射流风机靠近上壁面的出口风速沿隧道纵向呈现二项分布，且风机进出口角度在4°〜6°范围内其速度场受壁面摩擦影响较小，排烟效果最佳；相同进出口角度情况下，安装高度越大，出风口风流与隧道上壁面接触的位置越远。

关键词：非直轴线射流风机；康达效应；安装高度;进出口角度;数值模拟中图分类号：X913.4,TU834.4,U453.5文献标志码：A 文章编号:1009-0029(2019)05-0630-03随着城市人口的增长，地铁成为缓解城市交通压力的重要交通工具。

与此同时，地铁的消防安全问题日益凸显，如防烟防火分隔措施及排烟设施不完善，疏散救援困难等。

地铁隧道通风系统对地铁隧道的安全有举足轻重的作用。

相比地铁站台，地铁区间隧道内一旦发生火灾，造成的后果更加严重。

笔者重点关注区间隧道通风系统。

地铁区间隧道机械通风系统大多采用直线式射流风机。

实际应用中，直线式射流风机悬挂在隧道内顶部，当风机工作时，从出风口推送出去的风流不可避免地会与隧道上壁面发生摩擦，产生康达效应(Coanda Effect)»为避免康达效应的影响，专家学者研制了非直轴线射流风机 (见图1)。

这种风机能够调节进、出风口角度，以此来减弱风流与隧道顶部之间产生的摩擦。

图1地铁区间隧道与非直轴线射流风机示意图笔者利用CFD 模拟软件，基于实际地铁区间隧道建立二维仿真模型，研究地铁区间隧道内非直轴线射流风机在可调节范围内，不同安装高度及进出口角度等特征参数影响下的速度场分布与压力场分布。

桥梁与建筑物的风荷载分析

桥梁与建筑物的风荷载分析桥梁和建筑物是现代社会不可或缺的基础设施，在设计和建造过程中，风荷载是一个非常重要的考虑因素。

本文将对桥梁和建筑物的风荷载分析进行探讨，旨在加深对这一问题的理解，并为工程师和设计师提供一些指导。

一、风荷载的基本概念风荷载是指风对于建筑物或其他结构物所施加的力，它是由气流对结构的碰撞产生的。

风荷载的大小取决于多种因素，包括风速、风向、结构物的形状、高度、表面特性等，可通过风洞试验和数值模拟等手段进行分析和计算。

二、桥梁风荷载分析1. 桥梁风荷载的特点桥梁作为连接两个地点的工程结构，其设计需要考虑到风荷载对其产生的影响。

桥梁风荷载具有以下特点：（1）桥梁横截面较小，风力的作用范围较宽，对风的响应较为敏感；（2）桥梁结构复杂，存在大量的悬臂部分，容易在强风作用下出现振动和共振；（3）桥梁常处于高处，风速较地面要高，风荷载较大。

2. 桥梁风荷载的计算方法桥梁风荷载的计算方法主要分为两种：一种是基于经验公式的计算方法，根据桥梁类型、平均风速等参数进行估算；另一种是基于风洞试验和数值模拟的方法，通过实际测量和模拟计算得出较为准确的结果。

3. 风振问题的研究与防治在桥梁风荷载分析过程中，风振问题是一个需要关注的重要方面。

桥梁的振动主要分为自激振动和强制振动两种类型。

在设计过程中，需要进行桥梁的抗风设计，采取相应的措施来降低风振效应，如增设风挡板、加强桥墩的刚性等。

此外，风振问题的研究还需要考虑到各种风荷载影响因素，以便更准确地预测和控制风振效应。

三、建筑物风荷载分析1. 建筑物风荷载的特点建筑物的风荷载分析与桥梁类似，但也存在一些差异。

建筑物风荷载的特点包括：（1）建筑物形状多样，风流场复杂，对风的响应较为复杂；（2）建筑物在地面上，风速较低，风荷载相对较小；（3）建筑物高度不一，顶部和侧面的风荷载不同。

2. 建筑物风荷载的计算方法建筑物风荷载的计算方法也可采用经验公式、风洞试验和数值模拟等多种手段。

结构风荷载数值模拟研究优选文档

简介
计算流体动力学(CFD)在风工程中的的应用为风荷载的研究提供了一个新的、有别于风洞试验和现场实测的研究手段。
课题以基于CFD技术的软件Fluent6.0为依托，采用可以考虑雷诺应力方向性影响的、具有较高精度和通用性的雷诺应力方程湍流模型(RSM), 对独柱支承广告牌和开洞高层建筑结构等的静力风荷载进行了大量的数值模拟研究。
来流边界条件
入口来流条件：以具有代表性的地貌类别对应的大气边界层流为来流条件进行计算。模型化后风剖面(模型比1:S) 的表达式为：
来流湍流特性通过直接给定湍动能和湍流耗散率值的方式给出：
风场模拟中，我国现行规范还没有明确的湍流度要求， B、C和D类地貌的湍流强度分别采用澳大利亚规范中第2、3 和4类地貌的。
程专用风洞。 5. 1974年，the Journal of Wind Engineering创刊。 6. 1975年成立“国际风工程协会”(International Association
for Wind Engineering，简称IAWE) 。 7. 第8届ICWE (1991)上几篇CFD论文得以入选论文集。 8. 国内对风工程的研究起步相对较晚。
题；工程中用于优化灭火喷头的设计，以便产生灭火效果较好的水雾。
3、采暖与通风 4、建筑风环境设计：峡谷效应对行人的影响等。 5、结构所受风荷载分析与研究
1、空气无时不与我们同在，空气的流动就是我们通常所说的风。风对处于其中的结构均存在荷载作用。对于超高层建筑，风载效应可达总效应的50％以上。
结构风荷载数值模拟研究
（优选）结构风荷载数值模拟研究
第一章 CFD的应用范围
计算流体动力学在建筑工程中的应用主要涉及以下几个方面：

三亚凤凰岛超星酒店的风荷载和风环境数值模拟

The 12th International Symposium on Structural EngineeringNUMERICAL SIMULATION OF WIND LOADS AND WIND ENVIRONMENT IN SUPER-STAR HOTEL AT SANYA PHOENIX ISLANDZhupan Li, Xi Wang, Yiping ZhangSichuan Provincial Architectural Design InstituteAbstract: Computational fluid dynamics software is used to simulate the mean wind-induced pressure and wind environment in Super-star Hotel at Sanya Phoenix Island. The distribution regularity and behavior of mean wind pressure were analyzed using different inflow wind directions. The representative simulated wind pressure was then compared with wind tunnel test data. Results show that the numerical simulation agrees well with the wind tunnel test, verifying the accuracy of the former. The wind interference effects on the building are also discussed in detail.Keywords: High-rise building, numerical simulation, mean wind pressure, wind environment1 INTRODUCTIONLocated on man-made Phoenix Island on the south of Sanya Bay, Sanya City, the Sanya Phoenix Island Super-star Hotel boasts of a novel shape and a connected twin tower structure. It is 202 m high and 100 m wide. Surrounding the hotel are five high-rise buildings and a large-span international conference center, all of which exert a considerable effect on the surrounding wind environment and wind pressure distribution over the hotel surface.In wind tunnel tests on a rigid structural model of the Super-star Hotel, its wind environment with and without surrounding architecture was considered. The wind pressure coefficients with and without the interference effects of surrounding architecture were also measured.In this study, the computational fluid dynamics software Ansys Fluent was used to perform a numerical simulation of the average wind pressure and airflow field over the architecture surface. A-class geomorphology at a return period of 100-year return period was examined by calculating the wind pressure coefficient (with gradient wind pressure as the reference wind pressure) and wind pressure distribution over the Super-star Hotel with and without surrounding architectures. Furthermore, the effect of these wind environments on the airflow field and the wind comfort provided by block walks were analyzed. 2 NUMERICAL SIMULATION MODELThe established numerical simulation model enables geometric modeling, grid generation, selection of turbulent physical models, and definition of boundary conditions (Figure 1, with surrounding architectures). Applying a non-structuralized blended grid not only simplifies the grid division of complicated geometric structures, but also achieves grid automation. User-defined functions (UFDs) were applied in computing the average wind velocity profile of the hotel entrance, turbulent kinetic energy, and turbulent dissipation rate. The boundary conditions of the wind speed at the entrance were determined by connecting Fluent UDF interfaces. A completely developed outflow was used to determine exit boundary conditions. For practical ground simulation, a non-slip boundary condition was applied to calculate the architecture surface and domain undersurface. For an approximate simulation of wide space surfaces, the domain top surface and two side walls were determined using free-slip boundary condition symmetry. The realizable k-ε turbulence model was used for numerical simulation. The model provides separate methods for solving the governing equation after discretization. In these methods, a second-order windward scheme is used to discretize the convective term and consequently enhance calculation accuracy. The turbulence model does not consider heat exchange and shielded energy·721·equations. The speed pressure coupling method applies SIMPLEC solutions and relatively small coordinates because of the relaxation coefficient. Residual error convergence is applied during the simulation and the convergence standard (residual limits of two iterations) is set at 10-4. Furthermore, when the average pressure of the monitored architecture surface remains the same, computational fluid dynamics is regarded as having entered the steady state, finally reachingthe convergence solution.Figure 1. Three-dimensional numerical model3 COMPARISON OF THE RESULTS OF NUMERICAL SIMULATION AT 0° WINDDIRECTION AND WIND TUNNEL TESTThe effect of the 0° wind direction (x direction in Figure 1) was chosen because the hotel lies downwind of four surrounding high-rise buildings, a significant circumstance in studying interference effects.The numerical simulation results for the 0° wind direction, with surrounding architecture, are discussed as follows. Figure 2 shows a chart that illustrated the clouds and wind pressure over the windward side (north), lee side (south), and side wind of the Super-star Hotel. The windward side experiences positive pressure, and the central line of the tower has a relatively larger wind pressure coefficient. This coefficient gradually shifts to a negative value along the two sides and eventually becomes a negative value on the lee side. The wind pressure distribution around the building is consistent with single cylinder architecture and with the wind tunnel test. However, the data show wind pressure coefficients that are larger on both sides of the architecture than on the lee side. Furthermore, the joint of the two towers experiences considerably negative pressure because of theslit effect.Windward sideLee sideSide windFigure 2.Chart showing wind pressure and cloud cover at the 0° wind direction (without surrounding architecture)The comparison and analysis of the wind pressure coefficients of representative test points on the windward side, lee side, and side wind with and without interference from surrounding architecture are shown in Figs. 3-5. The selected test points lie on the top to bottom of the building’s side line and central line at 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, and 200 m.Figure 3. Windward side·722·Figure 4. LeesideFigure 5. Side wind faceFigs. 3-5 show a deviation between the simulated results and test data. This deviation increases and decreases at different test points because the k-ε model exhibits poor accuracy when areas with flow separation and severe vortex shedding are simulated. The increase and decrease in deviation is also attributed to the fact that numerical wind tunnel simulation uses prototype size for modeling, whereas the wind tunnel test is a cutdown model. Other factors cause such errors; thus, differences in results are a reasonable phenomenon. Nevertheless, the overall trend obtained in this study agrees with the test curve.The surrounding architecture imposes considerable interference on the Super-star Hotel, with decreasing absolute value of wind pressure coefficient on the windward side, lee side andside wind. Because of the 0° wind direction and the four high-rise buildings at the right-side frontof the hotel, the building suffers primarily from wake flow impact, which is completely different from the wind effect on a single architecture. The wake flow impact results in an essential change in the wind field around the windward side, lee side, and side face. The average wind speed in front of the hotel significantly decreases, as does the average wind pressure, because of static force. Given the effects of the wake flow vortex, some regions experience negative pressure distribution, which is particularly evident in the connection between the hotel and the conference center. In addition, the wind field flow changes around the side wind face and lee side, thereby decreasing the absolute value ofnegative pressure (Fig.6).Figure 6. Average wind vector at 10 m and 0°wind direction.4 CONCLUSIONS 1) This paper presented the wind pressuredistribution law without surrounding architecture at the 0° wind direction. A comparative analysis of numerical simulations and wind tunnel tests with and without surrounding architecture was also carried out. In the comparison, the tests points of representative surfaces were selected. 2) The analysis of the average wind vector value of the wind field surrounding the Sanya Phoenix Island Super-star Hotel indicates that the surrounding architecture impose a considerable effect on the hotel.3) On the basis of the analyses and comparisons, we conclude that the numerical wind tunnel method more accurately predicts the average wind pressure distribution of mega-high-rise buildings and the interference effects of surrounding wind environments.REFERENCES Chen Shuifu, Sun Bingnan. (1998). Numerical Simulation and Test Investigation of Wind Pressures on a Multiple-body Tall Building. Acta Aerodynamica Sinica, 16: 181-186.Hai Ying, Xuan Jie. (1999). Wind Environment Surrounding Two Neighboring High-rise Buildings. Environmental engineering, 17(2): 52-55.Simiu E, Scanlan R H. (1978). Wind Effects on Structures: An Introduction to Wind Engineering. A Wiley-Interscience Publicat ion.。

复杂体型建筑风荷载数值模拟及试验研究

1
重庆大学硕士学位论文
如下的问题[2]： (1)过大的风荷载会引起主体结构或结构构件开裂或失稳； (2)过大的风荷载会引起结构或结构构件的挠度或变形增大； (3)围护结构和外部装饰材料等容易剥落、损坏，如窗户、覆面材料等； (4)有时虽然风荷载不是很大，但由于反复作用，会导致对风敏感的主体结构、结构构件或构件材料发生疲劳、失稳而破坏； (5)由于风致振动的时间很长，容易使结构长时间摆动，有时甚至摆动幅度很大，这样使用者在建筑物内就会感到不适； (6)建筑结构的负气动阻尼过大会产生气动弹性失稳现象，最终导致结构跨塌或失稳，高层结构、悬索桥、烟囱等都有可能因为空气动力失稳现象而引起破坏。因此探讨复杂体型建筑的风荷载的特性，有极其重要的现实意义。限于笔者水平，本文以正在修建的重庆大剧院为工程背景，对复杂体型建筑的风荷载特性进行粗浅研究。重庆大剧院，它是集歌剧、戏剧、音乐会演出、文化艺术交流等多功能为一体的大型社会文化设施，是重庆市十大公共建筑之一，是一幢有核心作用的标志性大型公共建筑。该建筑位于重庆市江北城江北嘴两江汇合处临江地段，北距重庆江北机场约 20 公里，距规划的龙头寺重庆铁路客运站约 3 公里；南有朝天门码头，与渝中半岛隔江相望，有独特的地理优势。大剧院用地规模 4.97 公顷，总建筑面积约 99010 平方米[3]。建筑地下一层，地上七层，功能为剧场。建筑物立面由 11 个不规则条带组成，总高度为 63.85 米[3]。结构采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构体系，结构安全等级为一级，抗震设防烈度为 6 度，为乙类建筑[4]。这类建筑为了建筑造型需求，一般其主体或附属结构等具有质量轻、跨度大、柔性大、阻尼小、自振频率低的特点，而且这类结构往往比较低矮，在大气边界层中处于风速变化大、湍流度高的区域，再加上体型多不规则而复杂，绕流和空气动力作用十分复杂，其流动的机理十分复杂，因此这类建筑对风荷载十分敏感。风荷载成为其设计的主要控制荷载。

矩形截面建筑风荷载雷诺数效应数值模拟研究

School of Civil and Architectural Engineering Wuhan Hubei 430072, P. R. C November 2010
郑
重
声
明
本人的学位论文是在导师指导下独立撰写完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。
I
面压力特性不可忽略的因素。关键词：矩形超高层建筑；雷诺数效应；数值模拟；边界条件；雷诺平均模型；大涡模拟；风洞试验；缩尺比
II
ABSTRACT
Wind tunnel test is a credible studying method in wind engineering and many projects, but numerical simulation has also become an important method as numerical simulation developing and popularizing. Because high Reynolds number of the actual field can’t be got in wind tunnel, errors of wind tunnel test due to Reynolds number effects has been a great theme in wind engineering. Reynolds number effects of circular structures have got attentions, but Reynolds number effects of bluff body structures are ignored by traditional viewpoint. Based on numerical simulation method of commercial software Fluent, fundamental problems and engineering applications of blunt body Reynolds number effects has been studied in this paper. Systematic comparative study of the numerical simulation of wind pressure distribution and wind tunnel test results for different aspect ratio rectangular cylinder in a certain range of Reynolds number are carried out. Main contents and results of this paper are as follows: 1. Numerical simulation of the surface pressure of TTU standard model will be influenced by grids; many grid cases are calculated based on Reynolds-averaged turbulence model, and results effected by the first grid length and normal elongation ratio to wall surface are discussed in this paper. 2. The turbulent kinetic energy boundary conditions in categories B, C, D are fit according to wind tunnel test data and self-sustaining equilibrium of different boundary conditions are tested by k turbulence model in calculation domain. Results show: self-sustaining equilibrium of velocity profiles is better than turbulent kinetic energy and dissipation rate profiles in entrance boundary conditions; and logarithm law is better than exponential law to fit boundary near the surface. 3. Fluctuating wind velocity field in category B are simulated by the weighted amplitude wave superposition method and the linear filtering method, and the efficiency and precision are comparatively analyzed. Velocity time history of category B by artificial simulation is used as inflow conditions, self-sustaining characteristics of flow field in time domain and frequency domain can be kept in calculation zone by LES model. 4. Under Reynolds number of the wind tunnel experiment, surface pressures of the single building and community buildings got by numerical simulating and wind tunnel tests are contrasted. By comparison of numerical simulation cases, when Reynolds number is increased by increasing velocity and model size, the pressure distribution of streaming structure have some changes; but pressure distribution of bluff body in community buildings have no change, and its wind field have changes in some wind direction. 5. In 5% turbulent flow, 15% turbulent flow and flow filed of category B, surface pressure distribution and flow filed shape of different breadth-length ratios rectangle models are simulated，and are contrasted to wind tunnel tests with the same Reynolds number of numerical simulation case. The relationship of mean wind pressure distribution and Reynolds number are summarized to different breadth-length ratios

两不等直径圆柱高雷诺数时均风力场的数值模拟

两不等直径圆柱高雷诺数时均风力场的数值模拟
王辉
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2010(032)004
【摘要】圆柱间气动干扰研究具有重要的理论和现实意义.尽管国内外开展了圆柱组合风效应的风洞试验研究,但主要针对等直径圆柱,并且雷诺数多为105以下,考虑到工程结构风场的高雷诺数特征,采用数值模拟方法,模拟两不等直径圆柱在串列、并列及交错排列下的高雷诺数(Re=4.5×105)时均绕流场.通过改变组合的间距和风向,分析探讨两柱阻力、升力及总风力的变化规律.
【总页数】5页(P18-21,65)
【作者】王辉
【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,合肥230009
【正文语种】中文
【中图分类】TU312+.1;V211.3
【相关文献】
1.不等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟 [J], 于定勇;刘洪超;王昌海
2.串列不等直径双圆柱海流能发电振子涡激振动数值模拟 [J], 白旭;陈云
3.不等直径串列双圆柱绕流的数值模拟 [J], 贺飞翔;翟少华;喜冠南;刁海参
4.不等直径并列双圆柱绕流数值模拟研究 [J], 张艺鸣;罗良;陈威;林永水;池晴佳
5.圆柱体在普通平板间镦粗时应力场的数值模拟 [J], 张庆;梁辰;王连东;刘国晖;刘助柏
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非等径圆柱风荷载的数值模拟

非等径圆柱风荷载的数值模拟
刘建军;姚磊江;杨广珺
【期刊名称】《航空计算技术》
【年(卷),期】2013(043)002
【摘要】为保证某型天线的指向稳定性和结构安全性,采用基于Spalart-Allmaras 方程模型的DES方法,对其简化的非等径旋成体进行了非定常流动数值模拟研究.计算结果表明,对于变直径圆柱,各等直径段在长径比足够大时仍能使各段大部分区域保持稳定的周期性涡脱落；各段涡街的频率与采流速度、当量直径之间仍符合Strouhal关系式.研究结果可为各类非等径圆柱在不同风荷载下的结构安全性分析提供依据.
【总页数】4页(P64-67)
【作者】刘建军;姚磊江;杨广珺
【作者单位】西北工业大学航空学院,陕西西安710072;西北工业大学无人机特种技术重点实验室,陕西西安710065;西北工业大学航空学院,陕西西安710072;西北工业大学无人机特种技术重点实验室,陕西西安710065
【正文语种】中文
【中图分类】V211.3
【相关文献】
1.直齿圆柱齿轮减径挤压成形的数值模拟及分析 [J], 李明亮;杨永顺;钱宗仁
2.异径混合非球形颗粒在移动床中流动特性的数值模拟 [J], 陶贺;钟文琪;金保昇;
任冰;袁竹林
3.圆柱分度凸轮非等径数控加工自动编程 [J], 滕皓;蔡卫东;郭培全
4.非等径两坐标加工圆柱凸轮的刀具创成廓面及误差 [J], 迟荣兰;牛兴华;王媛;孙其新
5.圆柱族包络面的非等径重构问题的理论研究 [J], 何有钧;邹慧君;郭为忠
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核电站常规岛主厂房龙卷风荷载的CFD模拟

核电站常规岛主厂房龙卷风荷载的CFD模拟汤卓，吕令毅（东南大学土木工程学院，南京210096）摘要：采用计算流体动力学（CFD）方法研究核电站常规岛主厂房的龙卷风荷载。

首先，以圆柱体计算流域模拟龙卷风的风场，采用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)描述流域内的湍流运动，计算分析龙卷风的速度分布和气压分布，研究结果与经典的兰金涡流(Rankine vortex)模型吻合良好，验证了方法的可靠性。

然后，对某核电站进行龙卷风风场的数值模拟，获得了常规岛主厂房在龙卷风作用下的风荷载参数。

研究表明：在龙卷风作用下，常规岛主厂房的风荷载主要表现为吸力，主厂房侧面的吸力较小，主厂房屋面处的吸力较大；CFD方法能够很好地模拟龙卷风对常规岛的风荷载作用，研究结果为核电常规岛项目提供了技术支撑。

关键词：核电站；龙卷风；兰金涡流；CFD中图分类号：TU3120引言龙卷风是一种极端天气现象，在一般建筑设计中，通常不考虑抗龙卷风问题。

但对于核电站，为保证在龙卷风灾害中不发生核安全问题，在厂址区域可能发生龙卷风的情况下，需要对核电站进行龙卷风作用分析。

本文以某在建核电站为例，研究常规岛主厂房的龙卷风荷载特征。

龙卷风具有同常规的大气边界层风完全不同的风场特征。

国外学者采用风场实测、理论分析、实验室物理模拟和数值模拟等方法对龙卷风进行了大量研究。

VORTEX2是迄今为止美国规模最大、最雄心勃勃的龙卷风研究计划，由美国国家科学基金会(NSF)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供研究资金()。

龙卷风产生的时间随机性和地域随机性，使得对龙卷风的风场实测存在实际操作上的困难。

Sun[1]通过理论推导，给出了适用于核电站风荷载计算的龙卷风简化模型。

爱荷华州立大学[2]、德州理工大学[3]等，在实验室利用龙卷风模拟器研究龙卷风的风场特性以及龙卷风对建筑物的作用。

试验研究的诸多限制以及解析方法的局限性，使得人们转向数值模拟方法，文献[4]~[7]在数值模拟龙卷风场方面做了一些尝试。

圆柱绕流的数值模拟研究

圆柱绕流的数值模拟研究摘要：选取直径为D=10mm的圆柱及6D×3D的计算区域，利用GAMBIT进行模型的创建模型，对计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术进行网格划分。

对0.03m/s~1.0m/s的低流速情况下的圆柱绕流进行模拟研究，结果发现在速度达到0.1m/s前圆柱后侧没有出现明显的漩涡，在速度大于0.1m/s后漩涡开始出现，当速度达到0.5m/s时漩涡的范围最大。

最后利用FLUENT的网格自适应技术对入口速度为0.5m/s的情况进行了网格加密，发现网格自动加密可以改进网格分布情况，但对计算结果的影响程度有限。

关键词：网格划分；圆柱绕流；涡量；网格自适应钝体绕流中尤其以圆柱体的绕流问题最为经典和引起人们的注意。

圆柱绕流属于非定常分离流动问题，在工业工程中的应用非常广泛。

圆柱绕流同时也是一个经典的流体力学问题，流体绕圆柱体流动时，过流断面收缩，流速沿程增加，压强沿程减小，由于黏性力的存在，就会在柱体周围形成附面层的分离，形成圆柱绕流。

而由于圆柱的存在，会在圆柱迎水面产生壅水现象，同时也增加了圆柱的受力，使得圆柱绕流问题变得十分复杂。

研究圆柱绕流问题在工程实际中也具有很重要的意义。

如在水流对桥梁、海洋钻井平台支柱、海底输运管线、桩基码头等的作用中，风对塔建筑、化工塔设备、高空电缆等的作用中，都有重要的工程应用背景。

因此，对圆柱绕流进行深入研究，了解其流动机理和水动力学规律，不仅具有理论意义，还具有明显的社会经济效益。

1数学模型与计算方法1.1几何模型结合本文研究目标，取圆柱直径D=10mm，计算区域为6D×3D的矩形区域，如图1所示。

上游尺寸1.5D，下游尺寸4.5D。

使用GAMBIT建模软件按照图1所示的计算域建立了二维的计算模型。

图1 计算区域1.2网格划分及边界条件设置为提高模拟精度，计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术。

计算区域共分两块，尺寸见图1所示。