基于回收—变换—控制方法的大气边界层湍流风场大涡模拟

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1、硕士学位论文基于回收-变换-控制方法的大气边界层湍流风场大涡模拟LARGEEDDYSIMULATIONOFTURBULENTATMOSPHERICBOUNDARYLAYERBASEDONRECYCLING-RESCALING-REVISINGMETHOD王靖含哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：P425.2+1学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文基于回收-变换-控制方法的大气边界层湍流风场大涡模拟硕士研究生：王靖含导师：李朝助理教授申请学位：工学硕士学科：结构工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工

2、业大学ClassifiedIndex:P425.2+1U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringLARGEEDDYSIMULATIONOFTURBULENTATMOSPHERICBOUNDARYLAYERBASEDONRECYCLING-RESCALING-REVISINGMETHODCandidate：WangJinghanSupervisor：Asst.ProfLiChaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：Structur

3、alEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着越来越多的超高层/耸、大跨等风敏感等结构的出现，建筑物的脉动风致响应越来越受到重视。在“大气边界层数值风洞”中基于雷诺时均方法模拟平均风特性的研究已较成熟，但针对大气边界层湍流风场中脉动特性的研究却仍存在许多问题。因此，利用大涡模拟实现大气边界层湍流风场特性，模拟相应脉动风场的入

4、口边界条件至关重要。大气边界层作为特殊的湍流边界层风场，具有与平板湍流边界层相似的基础理论及部分特性，可被视为一种行星尺度的平板湍流边界层。因此，可由低雷诺数平板湍流边界层的理论出发，研究入口边界条件的生成。本文基于ThomasLund等人提出的回收-变换方法的基本原理，在ANSYS-FLUENT平台上使用用户自定义函数（UserDefinedFunctions，UDF）完成了该方法并行程序的开发，实现了光滑平板湍流边界层的大涡模拟。重点研究了该方法中的关键参数：流场的初始条件，速度的重引入方法，脉动速度的比例修正等。通过对关键参数的影响分析，得到了最优的参数设置方案。针对

5、实际应用中多为非光滑壁面条件的情况，提出关于流场湍流特性的主动控制方法，即构造用于控制流场脉动速度的比例系数。并用该方法模拟了低雷诺数的平板湍流边界层，重点调试流场内部特定位置处的脉动风特性，使其满足目标的湍流强度特性。基于同样的控制方法，引入边界层厚度不变的假定，模拟了高雷诺数湍流边界层风场，较好的实现了我国现行风荷载规范中的A、B两类场地的平均和脉动风特性。此外，还与物理风洞中常用的被动生成湍流边界层的方法进行了对比，验证了本文方法的先进和准确性。关键词：平板湍流边界层；大涡模拟；回收-变换；大气湍流边界层；主动控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractA

6、slotsofsuper-highriseandlong-spanstructuresshows,thewind-inducedfluctuatingresponsereceivedmoreandmoreattention.InComputationalWindEngineering,thestudyofsteadywindcharacteristicsusingReynolds-AveragedNavier-Stokesequation(RANS)hasbeensodeveloped.Butanotheressentialproblemisstillneedtobestu

7、died,whichistohigh-fidelitysimulatethecharacteristicsoftheTurbulentAtmosphericBoundaryLayer(turbulentABL).Asoneofthespecialturbulenceboundarylayers,turbulentABLhassimilarfundamentaltheoriesandalsosomesamecharacteristicswithspatiallydevelopingflat-plateturbulen