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《分段吹气高层建筑减阻性能数值研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第28卷第4期空气动力学学报Vol.28,No.42010年8月ACTAAERODYNAMICASINICAAug.,2010文章编号:025821825(2010)0420385208分段吹气高层建筑的减阻性能数值研究郑朝荣,张耀春(哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:为减小高层建筑的风致阻力,改善结构的抗风性能,本文采用CFD方法研究了分段吹气高层建筑模型的风荷载减阻性能,分析了侧风面和竖向开孔位置、吹气孔高度hi和吹气速度Vci等参数对减阻性能的影响。结果表明:孔洞位于离
2、侧风面前缘3%宽度时模型的减阻性能优于其它侧风面开孔方案;分段吹气模型的最佳竖向开孔位置发生在0.425m高度处;保持Vci不变时,增加hi使得模型顺风向的阻力折减系数和基底弯矩折减系数增大,且风压减阻效率随hi的增加而减小并逐渐趋近于1.0;当吹气流量或顺风向吹气动量不变时,分段吹气模型的风压减阻效率均不如全高吹气模型。基于最大减阻效率和最小吹气功率比较了分段和全高吹气模型的减阻性能,发现后者的减阻性能优于前者,然而对于某些考虑局部风压的折减,我们可在高层建筑中上部设置吹气装置来改善其局部风压特性。
3、最后,拟合了减阻效率(ηDR和ηMR)关于吹气孔中心高度、hi和Vci的经验公式,为分段吹气控制的应用提供参考。关键词:高层建筑;分段吹气控制;风荷载;减阻效率;吹气功率中图分类号:TU973.213文献标识码:A[427]干扰,从而抑制分离的发展。0引言近年来,随着计算机硬件技术的发展,湍流模型过去的五十年中,风工程领域历经了成长期的改进和计算方法的进步,数值风洞技术(CFD方(196021980)和现代发展期(19802),得到了空前的发法)已成为结构风工程研究中具有战略意义的发展方[3,829]
4、展,结构抗风设计由过去简单直接的静力设计发展为向,也是当前国际风工程研究的一个热点。CFD考虑多学科相关,如气候气象学、空气动力学、结构动方法在计算机上模拟结构周围的风场,并求解结构表力学、防灾工程学和可靠度等复杂静动力设计问面的风荷载。与风洞试验相比,它不但能节约成本、[122]题。顾明教授曾回顾和评述了结构风工程学科的缩短试验周期,而且可以获得非常详尽的信息,有助历史及其近20年的进展,提出了七类土木结构风工于研究问题的本质和机理。[3]程学科的关键科学问题及今后的重点研究方向。由于大气边界层中高
5、层建筑的风压分布具有明他指出“研究强风作用下,结构风荷载和风致响应控显的空间特性,因此为减小高层建筑的风致阻力,改制的空气动力学措施(包括被动、半主动和主动控制)善结构的抗风性能,作者在获得侧风面开孔全高吹气[10]的策略和方法,掌握气动措施控制结构风荷载和风致高层建筑模型的减阻性能之后,对方形截面高层响应的规律并解决其实际应用问题”是今后研究的一建筑在不同侧风面和竖向开孔位置以及不同吹气高个重要方面。高层建筑侧风面的吸/吹气方法是一种度下的风荷载减阻性能进行数值研究,基于最大减阻新颖的主动流动控制方
6、法,吸气通过吸除边界层中即效率和最小吹气功率来确定最优的吹气孔布置方案,将分离的低速流动和分离剪切层中的螺旋状旋涡卷为高层建筑沿高度分段吹气减阻的应用提供参考。起来抑制分离的进一步发展和旋涡的脱落,从而减小1数值模拟方法高层建筑的风荷载和风致振动;而吹气则是对壁面边界层中受粘性和逆压梯度阻挠而停滞不前的流体施高层建筑模型的轮廓尺寸B×D×H=162mm×加额外的动量以及分离剪切层中的螺旋状卷起施加162mm×600mm,几何缩尺比1∶S=1∶300,速度相似3收稿日期:2009207230;修订日期:
7、2009209226基金项目:国家自然科学基金重大项目(59895410)作者简介:郑朝荣(19812),男,浙江温州人,博士生,主要从事高层建筑风荷载的数值模拟和流动控制方法研究.386空气动力学学报第28卷-3比为1∶1,仅考虑来流垂直于模型表面的情况。计开孔方案(矩形孔,开孔宽度a=2.25×10m)下不算域为长×宽×高=6m×3m×2m,采用分块非均匀同吹气流量对台阶下游流动分离的控制效果进行研结构化网格离散计算域,经网格无相关性检验,不同究,采用分块非均匀结构化网格离散所得的总单元数工况的网
8、格数量为108万～120万。图1给出了高约为110万。层建筑模型某截面的吹气孔位置及吹气角θ示意图,图3给出了数值模拟所得的再附长度xr/h与相定义吹气与外部来流方向相同时θ=180°,开孔宽度应风洞试验的比较,其中xr/h由文献[13]中Príhodad=5mm。提出的经验公式xr/h≈xe/h-0.238exp(0.25xe/h)计算域入口速度采用我国荷载规范C类地貌下计算得到,式中xe为下游底面最大CP位置至台阶的0.22′的剪切流,风剖面为V(z
