基于CFD技術的球殼結構雷諾數(shù)相似性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代建筑美學的發(fā)展和使用功能的要求，大跨空間結構的應用越來越多，并以其大空間、多功能、內(nèi)部布置靈活等突出優(yōu)勢，在建筑結構中發(fā)揮著越來越重要的作用。這類結構具有自重輕、柔性大、阻尼小等特點，對風荷載十分敏感，其風壓分布復雜，風荷載為結構設計的主要控制荷載。CFD數(shù)值模擬技術雖然是近十幾年才發(fā)展起來的一種結構風工程研究工具，但相比于傳統(tǒng)方法它具有設計周期短、試驗費用低、承擔風險小的優(yōu)勢，有著十分廣闊的發(fā)展前景，并且逐步開始在實際工程中有

2、所應用，正逐漸成為輔助傳統(tǒng)試驗風洞的強有力的工具。
　　本文基于FLUENT流體動力學數(shù)值模擬平臺，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算結果與試驗數(shù)據(jù)進行對比，得到RSM湍流模型能夠更好的模擬二維鈍體繞流。擴展到三維空間結構，采用大渦模擬技術計算了足尺結構的表面風壓分布(脈動風壓和平均風壓)，并與實測數(shù)據(jù)對比，驗證了數(shù)值模擬方法處理三維問題可靠性。
　　在此基礎上，采用大渦模擬和RSM

3、湍流模型，對矢跨比分別為1/2和1/5的兩類球殼結構的表面風壓分布進行了系統(tǒng)的研究，并將計算結果與本課題組所作風洞試驗數(shù)據(jù)對比分析。通過改變模型中影響雷諾數(shù)的兩個重要參數(shù)(風速、縮尺比)值，系統(tǒng)研究了雷諾數(shù)相似性對球殼結構表面風壓分布的影響；通過改變模型表面粗糙度，研究了實際風洞試驗中通過改變模型表面粗糙度來彌補雷諾數(shù)失真的方法的可行性。
　　相同風速下的模型，隨著縮尺比例的減小，球殼平均風壓和脈動風壓系數(shù)均比原型結果偏小，并且球

4、殼表面的風壓分布形式與原型亦有差異；通過增大風速以滿足雷諾數(shù)相似要求，并不能使計算結果和試驗結果更接近于原型結果；改變模型表面粗糙度并不能彌補雷諾數(shù)不相似帶來的模型表面平均風壓和脈動風壓與原型的偏離；風洞試驗模型設計時用到的雷諾數(shù)自模區(qū)與球殼結構形狀有關，雷諾數(shù)自模區(qū)不會明顯改善因小縮尺比例而帶來的球殼模型表面平均風壓和脈動風壓與原型偏離的結果。雷諾數(shù)對球殼模型表面平均風壓和脈動風壓分布的影響趨子相同，只是個別情況時有差異。