文档介绍：计算流体动力学在建筑工程中的应用: 结构静力风荷载数值模拟
目录 1. CFD的应用范围 2. 计算流体动力学基本原理 3. 的可行性研究 4. 独柱支承广告牌的风荷载 5. 高层开洞建筑测压风洞试验及CFD数值模拟 6. 高层开洞建筑静力风荷载的影响参数分析 7. 两高层建筑间静力风致干扰效应研究
第一章 CFD的应用范围
计算流体动力学在建筑工程中的应用主要涉及以下几个方面:
1、建筑防火:
规范依据:标准火条件,结构的真实耐火极限与约束条件、荷载、空间位置及实际火灾特性等有关。火场模拟、大跨结构)
2、建筑灭火:
涉及热、烟的输运和扩散,燃烧化学反应过程等,多相流问题;工程中用于优化灭火喷头的设计,以便产生灭火效果较好的水雾。
3、采暖与通风
4、建筑风环境设计:峡谷效应对行人的影响等。
5、结构所受风荷载分析与研究
1、空气无时不与我们同在,空气的流动就是我们通常所说的风。风对处于其中的结构均存在荷载作用。对于超高层建筑,风载效应可达总效应的50%以上。
2、风工程的研究方法包括现场实测、实验室模拟(主要是风洞模拟)和理论分析(包括数值计算)。当前主要的研究手段仍为实验室模拟。
3、目前,风洞试验面临着很多困难:
(1)缩尺模型,一般比例在1:200~1:1000之间, 较小构件的风载效应也无法正确得到; (2)在研究对雷诺数敏感的结构风载特性时面临困难(如有切角的塔状结构); (3)正确模拟结构的动力特征是项艰难的工作。与风洞试验相比; (4)实践中不可能针对每个方案都进行风洞模拟试验; (5)不能对结构在罕遇风暴作用下的特性作出恰当的描述;
简介
计算流体动力学(CFD)在风工程中的的应用为风荷载的研究提供了一个新的、有别于风洞试验和现场实测的研究手段。
,采用可以考虑雷诺应力方向性影响的、具有较高精度和通用性的雷诺应力方程湍流模型(RSM), 对独柱支承广告牌和开洞高层建筑结构等的静力风荷载进行了大量的数值模拟研究。
日本NEC大厦
台湾高雄银行
开洞建筑工程实例
新加坡IBM大厦
南斯拉夫贝尔格莱德 Genex Tower
风工程简史
1889年Gustafu Eiffel是将假设的风荷载作用于结构上。
二十世纪初,空气动力学得以创立。
1940年塔科马窄桥(a Narrow Bridge) 事件。
4. 六十年代中期,出现了模拟大气边界层气流的结构风工程专用风洞。
5. 1974年,the Journal of Wind Engineering创刊。
6. 1975年成立“国际风工程协会”(International Association for Wind Engineering,简称IAWE) 。
7. 第8届ICWE (1991)上几篇CFD论文得以入选论文集。
8. 国内对风工程的研究起步相对较晚。
CFD所依赖的控制方程在数学上为一组偏微分方程;几乎只能通过数值方法得到工程实际问题的解答。
2. 计算一般必须湍流模型。
3. 数值计算特点:
(1)计算节点和单元数量巨大。
(2)必须采用迭代算法求解。
(3)求解方法与问题的具体特点密切相关。
4. CFD的应用还仅限于对流场平均特性的描述。
CFD数值模拟的特点
CFD应用举例
1997年Selvam等采用LES对得克萨斯科学研究建筑进行了数值分析研究,分析采用了三种不同的来流条件,结果表明对平均值的预测与实测结果均吻合较好,但对峰值压力,只有根据实测数据生成脉动来流条件的数值模拟结果与实测吻合较好。
(RSM模型)模拟了厦门国际银行大厦有相邻高层建筑物影响情况下的风压,得到了与实测在一定程度上较为相符的数值结果。
目前已有科学工作者开始用CFD研究风—结构相互作用问题,Tetsuro Tamura等对几何形状相对简单的柱体气动弹性行为进行了CFD研究,成功地再现了柱体各种振动和失稳现象(结构本身简化为用弹性元件支承的刚体)。