大跨复杂体型建筑物风场的数值模拟

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1、武汉理工大学硕士学位论文大跨复杂体型建筑物风场的数值模拟姓名：喻正强申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：谢伟平20061101摘要随着大跨度、复杂体型建筑物的大量出现，风荷载扮演着越来越重要的角色，开展建筑结构风荷载的研究具有重大的现实意义。目前对风荷载的研究方法主要有现场实测、风洞试验和理论研究(数值模拟)。现场实测是最直接的方法，但是显然这种方法费时、费钱、费人力，而且无法在建筑物建设之前进行，无法对拟建建筑物进行风环境预测，这种方法有一定的局限性；风洞试验作为目前研究风荷载的最主要和重要的方法也存有很多不足，包括费用昂贵、适应性不强等等。相比之下利用

2、计算流体动力学(ComputationalFluidDynamic，CFD)的原理在计算机上模拟建筑物周围风场的方法却有着诸多的优势。本文详细阐述了钝体绕流的基本特性及其基础理论，并推导了CFD数值模拟理论的基本方程，讨论了方程的封闭性问题，以及湍流的模拟等。并以美国德克萨斯技术大学(TexasTechUniversity,T1’U)所做的全比例尺低矮建筑物原型试验为基础，总结出应用计算流体动力学(cFD)软件FLUENT对钝体建筑物绕流风场进行模拟时其计算流域、网格划分、边界条件、湍流模型以及计算参数等的确定原则及方法。在此基础上，建立了更为复杂的武汉体育中心

3、游泳馆的模型，编写了其入口平均风速剖面及湍动能和湍流耗散率的程序，对其周围风场进行了数值模拟，把得到的平均风压体型系数与风洞实验作了对比分析，并详细分析了游泳馆周围风场的分布，得到的结论是平均风压体型系数与实验结果比较接近，具有一定的精度，应用计算流体动力学的方法能够对钝体绕流场进行比较准确的描述，应用其预测大跨度、复杂体型建筑物的平均风荷载是可行的。关键词：复杂体型建筑物，风压，计算流体动力学，风洞试验，数值模拟AbstractWiththeappearanceoflarge·-spanandcomplex-shapebuildings,windloadpla

4、ysamoreandmoreimportantrole．Itisveryimportanttoimprovethestudyofwind10ad．Atpresent,fieldmeasurement，windtunneltestandnamedcalsimulationarethethreemajormethodstostudythedistributionofthewindpressureonthebuildings．Fieldmeasurementisthemostdirectmethod,butitistimeconsuming,costly,andthi

5、smethodcallnotpredicttheflow-fieldbeforethebuildingiserectedcompletely．Asthemostimportantmethod，therearemanyshortcomingsforwindtunneltestalso，suchashardworkandweakadaptability．Comparatively,usingthemethodofComputationalFluidDynamictosimulatetheflow-fieldaroundthebuildingsoncomputerha

6、smanyadvantages．Inthisattic,theprincipaltheoriesandbasiccharactersofflowaroundbluffbodyweresummarized,alsotheprincipalequationsofnumericalsimulationwerededuced，andthesimulationofturbulence，theclosureproblemofequationswerediscussedsubsequently．Bysimulatingthemeanwindpressureofatypical

7、buildingwhosewindtunneltestWasconductedinTexasTechUniversity,thisarticsummarizedtheprincipalandmethodsofhowtodecidetheflowarea,鲥d，boundaryconditions，turbulencemodelandcalculationparameters，andthen,theCprogramofmeanwindsectionplane，turbulencekineticenergyandturbulencedissipationratewe

8、recompiled,t