基于下?lián)舯┝鞯谋诿嫔淞鞔鬁u數(shù)值模擬.pdf

1、雷暴天氣時(shí),強(qiáng)下沉氣流沖擊地面后向四周擴(kuò)散引起的具有極大沖擊性的近地面強(qiáng)風(fēng),即下?lián)舯┝?。下?lián)舯┝饕呀?jīng)在多個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)大量的工程結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的破壞,特別是輸電塔結(jié)構(gòu)的倒塌,逐漸變成結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。下?lián)舯┝鞒隹诓糠志哂斜诿嫔淞鞯奶卣?因此壁面射流風(fēng)場(chǎng)發(fā)展規(guī)律的研究對(duì)分析下?lián)舯┝饔兄卮蟮睦碚撘饬x。
　　近年來,隨著計(jì)算機(jī)性能的提高以及CFD數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展,CFD數(shù)值模擬方法具有周期短、費(fèi)用低、數(shù)據(jù)處理方便快捷等優(yōu)點(diǎn),

2、已經(jīng)逐漸成為研究下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)特征的主要方法。時(shí)均化的Reynolds平均法(RANS)是目前應(yīng)用最廣泛的湍流模擬方法,但是它無法得到風(fēng)場(chǎng)的脈動(dòng)特征,而且計(jì)算精度對(duì)湍流模型的依賴性太大。大渦數(shù)值模擬方法(LES)可以得到流場(chǎng)的脈動(dòng)特性,而且兼顧了計(jì)算精度和效率,是一種比較有前途的模擬方法。本文將采用大渦模擬方法(LES)對(duì)壁面射流風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,主要工作及結(jié)論如下:
　?、傺芯苛舜鬁u模擬中網(wǎng)格密度、時(shí)間步長(zhǎng)和亞格子模型等參數(shù)選取對(duì)

3、壁面射流模擬結(jié)果的影響,對(duì)Mclntyre所做的有協(xié)同流的壁面射流試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值建模,并對(duì)各參數(shù)設(shè)置了不同的工況進(jìn)行對(duì)比,分析結(jié)果表明:對(duì)于壁面射流的LES數(shù)值模擬,亞格子模型取Smagorinsky模型,時(shí)間步長(zhǎng)取為1×10-5s,網(wǎng)格滿足y+在1左右時(shí)得到的結(jié)果較好。
　?、诟鶕?jù)參數(shù)分析的結(jié)果,合理地選擇參數(shù),對(duì)Mclntyre所做的有協(xié)同流的壁面射流試驗(yàn)進(jìn)行了LES數(shù)值模擬。數(shù)值模擬得到的平均風(fēng)剖面分布與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好;而

4、雷諾應(yīng)力的變化趨勢(shì)與試驗(yàn)結(jié)果大體吻合,但數(shù)值偏大。
　　③壁面射流存在普遍的無量綱規(guī)律,為了驗(yàn)證這種無量綱特性,將LES數(shù)值模擬得到的結(jié)果進(jìn)行歸一化處理并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:LES得到的不同位置的平均風(fēng)剖面進(jìn)行歸一化處理后,相互之間吻合度較高;數(shù)值模擬得到的壁面射流速度峰值衰減以及速度峰值位置的變化等無量綱規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　?、苎芯苛瞬豢紤]協(xié)同流時(shí)壁面射流的無量綱規(guī)律,在前面模型的基礎(chǔ)上將協(xié)同流處改為

5、固壁邊界條件進(jìn)行LES數(shù)值模擬。將數(shù)值模擬得到的平均速度分布進(jìn)行歸一化處理,得到的曲線和Eriksson提出的壁面射流平均風(fēng)速的無量綱規(guī)律吻合的很好;并分析了壁面射流幾個(gè)常用變量之間的無量綱關(guān)系,結(jié)果顯示在10b-20b范圍內(nèi)數(shù)值模擬得到的結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差較大,而在大于20b的范圍內(nèi),模擬結(jié)果與通過大量試驗(yàn)總結(jié)得到的無量綱規(guī)律吻合很好。
　　⑤壁面粗糙度會(huì)明顯改變壁面射流近壁面區(qū)域的規(guī)律,從而影響整個(gè)流場(chǎng)的規(guī)律。為了研究壁面粗糙