考虑地形影响的雷暴冲击风场特性研究

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1、考虑地形影响的雷暴冲击风场特性研究1重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：王超指导教师：汪之松副教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月国家自然科学基金资助项目（51208537）WindFieldCharacteristicsofDownburstFlowoverTopography1AThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByWangChaoSupervise

2、dbyAss.Prof.WangZhisongSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(51208537)中文摘要摘要雷暴冲击风为雷暴天气中下沉气流猛烈冲击地面并扩散而引起近地面短时强风的灾害现象，对建筑结构具有极强的破坏性。目前，雷暴冲击风的研究重点主要集中在平地地形下稳态冲击风的风场特性上。一方面

3、对各国风荷载规范中规定的典型山地地形（坡地和山体）的风场分布特征研究比较少；另一方面考虑雷暴冲击风非稳态特征的研究也很少。论文对平地、坡地和山体地形下的稳态雷暴冲击风场和入口风速发生变化的非稳态冲击风场进行了相关研究。（1）对平地、坡地地形下的雷暴冲击风进行三维缩尺物理实验，并进行同比例的三维缩尺CFD数值模拟加以验证和补充，与已有的分析、经验模型和实测数据进行对比分析，给出了局部地形参数变化对于雷暴冲击风流场、瞬态风速特征和平均风特性影响的基本规律。平地地形下最大水平风速出现的径向位置在距离下沉气流冲击地面中心点r=1.0Djet~1.25Djet之间，随着径

4、向距离的增加，最大风速值umax减小，但umax出现的高度位置升高。在近地面区域，同一高度水平风速值随着距离下沉气流冲击地面中心点的径向距离增加而先呈线性增大，达到最大值后又逐渐减小，其水平影响范围呈现局部性特征。（2）坡地和山体地形下的冲击射流在檐口位置都有加速效应，而起坡位置、坡中位置和坡后2h位置处都没有加速效应。坡地地形下数值模拟和物理实验得到的水平风速加速因子随高度的变化曲线比较吻合。在近地面区域，坡地地形在檐口位置产生十分明显的平均风加速效应，最大加速因子为1.3左右；随着坡度增大加速效应更加明显，一是产生加速效应（Mt>1）的范围随坡度增加而变大，

5、二是加速因子Mt值也随坡度增加而增大。山体地形在山顶檐口近地面也有明显的加速效应，最大加速因子为1.15；坡度大小对加速效应影响不大。总体来说坡地地形对水平风速的加速效应比山体地形更加明显，主要体现在两个方面：一、本文涉及的情况下，坡地檐口最大加速因子达到1.3左右，而山体檐口最大加速因子为1.15左右；二、坡地檐口沿高度方向有加速效应的范围（z=0-0.05Djet）比山体檐口对应的范围（z=0-0.02Djet）要大。局部地形对竖向风速也有较大影响，地形改变了风速方向，使得风速竖向分量急剧增加。（3）实际的雷暴冲击风在整个生命周期内下沉气流速度往往是随时间连

6、续变化的，一般会经历逐渐增大到最大值后再逐渐减小的过程。对于重要的工程结构抗风设计而言，得到雷暴冲击风整个生命周期的风速时程信息十分有必要。论文基于冲击射流三维足尺模型模拟雷暴冲击风场，在入口处引入一个更符合雷暴冲击风真实演化过程的衰减函数，采用大涡（LES）数值模拟获得了雷暴冲击风的非I重庆大学硕士学位论文稳态风场，并得到其随时间衰减的瞬态演化过程。结果表明，该模拟方法可以较好地再现雷暴冲击风的非稳态风场，与实测结果吻合较好，为进一步讨论非稳态雷暴冲击风场中的结构风荷载特性奠定了基础。关键词：雷暴冲击风，物理实验，数值模拟，坡地地形，山体地形II英文摘要ABS

7、TRACTThunderstormdownburstisastrongdowndraftairimpingingonthegroundduringthethunderstorm,withanextremelyhighvelocitygeneratedclosetothesurface,whichleadstothedestructionofquantitiesofarchitecturalstructures.Currently,theresearchofthedownburstmainlyfocusedonthewindfieldcharacteristics

8、ofstationary