等离子体流动控制技术在低矮建筑物应用的研究.pdf

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1、学校代号10532学号S1301W1100分类号密级公开工程硕士学位论文等离子体流动控制技术在低矮建筑物应用的研究学位申请人姓名孙卫威培养单位土木工程学院导师姓名及职称李正农教授陈剑峰高工学科专业建筑与土木工程研究方向工程结构抗风论文提交日期2016年6月学校代号：10532学号：S1301W1100密级：公开湖南大学工程硕士学位论文等离子体流动控制技术在低矮建筑物应用的研究国家自然科学基金资助(91215302，51278190，51478179)学位申请人姓名：孙卫威导师姓名及职称：李正农教授陈剑峰高工培养单位：土木工程学院专业名称：建筑与土木工程论文提交日期：2016年6月

2、24日论文答辩日期：2016年6月27日答辩委员会主席：汪梦甫教授TheapplicationresearchofplasmaflowcontroltechnologyonlowrisebuildingsbySUNWeiweiB.E.（HenanUniversity）2013AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinArchitectureandCivilEngineeringintheGraduateschoolofHunanUniversit

3、ySupervisorProfessorLIZhengnongAssociateProfessorCHENJianfengMay,2016等离子体流动控制技术在低矮建筑物应用的研究摘要低矮建筑物的风灾破坏经常发生，其抗风问题已成为风工程界研究的热点问题，且愈来愈受到科研工作者和相关学者的广泛关注。低矮建筑物的风灾破坏不仅导致经济上的损失，而且可能对人的生命财产安全造成伤害，因此，减少或避免低矮建筑物结构在风灾中的损坏尤为重要。流动控制技术作为流体力学的重要分支和研究前沿，可以改变研究对象周围流场的流动状态和边界层特性进而改善物体的受力状态，等离子体流动控制是近年来新兴并发展起来的

4、一种基于等离子体气动激励的新概念主动流动控制技术，目前在航空航天领域已经拥有广阔的应用前景，并在控制流态、改变升阻力等方面取得了一定的进展和成果。在高频高压电源激励下，等离子体激励器产生的等离子体在电场力作用下定向运动并对流场施加一种可控扰动，从而实现研究对象周围流场流动状态的控制以及受力状态的改善。基于等离子体流动控制技术，本文通过在建筑物双坡屋面布设等离子体激励器以实现建筑物近壁面流场结构的改变，从而改善建筑物受力状态，减小或避免建筑物在风载作用下的损坏。经过设计的电场可以控制等离子体运动状态，通过“动力效应”揭示了等离子体实现流动控制的本质，利用这一机理，研究和探讨了将等离

5、子体流动控制技术应用于低矮建筑物抗风领域的可行性，旨在为工程结构抗风探究一种新的方法和思路。对等离子体激励器进行了计算有效区模型简化以对等离子体激励作用进行力学分析，建立了等离子体激励时的力学分析模型并利用经验公式得到的等离子体体积力量化了激励作用，从而在流场中引入等离子体激励作用，实现等离子体流动控制技术在低矮建筑物应用的CFD数值模拟研究。通过数值模拟分析了等离子体激励前后建筑物周围流场结构和流动状态的变化情况，并对有无等离子体激励时低矮建筑物所受升力、屋面风压的变化规律进行了分析研究，研究分析表明：等离子体激励作用可以有效地控制建筑物近壁面流场结构和流体流动状态，从而改善建

6、筑物在流场中的受力状态。关键词：等离子体；流动控制；数值模拟；流场；升力；风压II工程硕士学位论文AbstractLow-risebuildingsareusuallydestroyedinwindload.Thewindresistanceproblemhasbecomeahotissueofwindengineeringresearch,andhasbeentakenmoreandmoreextensiveattention.Thedamageoflow-risebuildingsunderwindeffectnotonlyleadstoeconomiclosses,buta

7、lsomaycauseharmtopeople'slivesandpropertysecurity.Therefore,itisparticularlyimportanttoreduceoravoidthedamageunderwindeffect.Flowcontroltechnologyisanimportantbranchandresearchfrontieroffluidmechanics,itcanchangetheflowconditionandboundarylay