【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,高層建筑的高度不斷增加,建筑結(jié)構(gòu)特性向著更柔、更輕、阻尼更小的方向發(fā)展,受風(fēng)荷載的影響更加明顯,如何準(zhǔn)確地控制建筑表面風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和舒適性的影響,為建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù),CFD(Computational Fluid Dynamics)數(shù)值模擬成為了最主要的研究方法之一,其中大渦模擬(Large Eddy Simulation,LES)是計(jì)算風(fēng)工程中研究湍流運(yùn)動(dòng)的一種重要手段。本文針對(duì)大渦模擬的湍流入口風(fēng)進(jìn)行研究,采用一種線性過濾法生成各向異性的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程,并研究CAARC標(biāo)模的風(fēng)荷載;同時(shí)提出流固耦合技術(shù)方案,采用較成熟的DSRFG脈動(dòng)風(fēng)作為入口邊界進(jìn)行標(biāo)模的剛性和柔性工況下的風(fēng)壓系數(shù)、層風(fēng)力功率譜的分析對(duì)比,完善數(shù)值模擬研究的方式。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹了風(fēng)工程、大氣邊界層和CFD數(shù)值模擬的基本理論和方法。本文首先對(duì)流體風(fēng)的控制方程作了闡述,然后研究大氣邊界層風(fēng)場的特性,對(duì)風(fēng)場中需要考慮的平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、積分尺度和雷諾應(yīng)力等參數(shù)作了詳細(xì)解釋;介紹大渦模擬入口風(fēng)的幾種重要方法和滿足的運(yùn)動(dòng)方程,介紹了Fluent軟件的操作流程。(2)提出一種線性濾波法生成入口邊界湍流風(fēng)速時(shí)程,詳細(xì)描述了整個(gè)模擬算法的形成過程,明確了如何滿足風(fēng)場特性參數(shù)、時(shí)間和空間相關(guān)性的方式,提供了一種較好的隨機(jī)數(shù)生成方式滿足脈動(dòng)風(fēng)速的隨機(jī)性,并通過對(duì)CAARC標(biāo)準(zhǔn)高層建筑模型進(jìn)行大渦模擬分析,得到的平均風(fēng)壓系數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相近,得到的順風(fēng)向、橫風(fēng)向、扭矩層風(fēng)力譜均具有較好的模擬結(jié)果,建筑周圍的渦旋情況符合實(shí)際湍流風(fēng)場,說明本方法得到的湍流風(fēng)場較符合實(shí)際。(3)通過進(jìn)行k-ε模型的非定常表面風(fēng)荷載模擬,并與采用LES模型進(jìn)行非定常表面風(fēng)荷載的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)LES在計(jì)算結(jié)果上比k-ε模型更精確,風(fēng)壓系數(shù)在轉(zhuǎn)角處變化效果更準(zhǔn)確;層風(fēng)力譜中,順風(fēng)向曲線差異較大,橫風(fēng)向曲線和扭矩曲線基本相似。(4)設(shè)計(jì)了一套流固耦合計(jì)算方案,通過自定義函數(shù)加載到Fluent14中,在建筑模型周圍設(shè)置ALE動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域,同時(shí)采用混合網(wǎng)格的劃分方式,不僅減小了動(dòng)網(wǎng)格更新數(shù)量,而且利用六面體網(wǎng)格收斂快、精度高的特性從整體上縮短了計(jì)算時(shí)間。結(jié)合DSRFG脈動(dòng)入口風(fēng),采用LES模擬了CAARC模型的風(fēng)荷載,通過剛性模型與柔性模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)比,可知?jiǎng)傂阅Ｐ团c柔性模型表面平均風(fēng)壓分布規(guī)律相似,并且層風(fēng)力譜中順風(fēng)向和橫風(fēng)向荷載功率也基本一致,僅柔性模型工況中扭矩功率譜在一段頻率段中保持穩(wěn)定值,且柔性模型中扭矩受順風(fēng)向風(fēng)荷載影響更大一些�？傮w來看,采用本文流固耦合方案進(jìn)行高層建筑氣動(dòng)彈性分析的總體效果良好。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU973.32
【圖文】：

超高層建筑

建筑結(jié)構(gòu)受風(fēng)的影響

ABL分層（1）ABL下面靠近地10%-20%的區(qū)域稱為近地層（SurfaceLayer），由慣性子層

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2796075