【摘要】：利用粒子圖像測速技術(shù),通過風洞流場顯示試驗,給出了均勻流和格柵紊流兩種工況下馬鞍屋蓋迎風高點和迎風低點處旋渦的截面形態(tài)特征以及時均、瞬時流線和渦量場分布,比較了兩種工況下旋渦形態(tài)特征的異同,總結(jié)了來流在屋面上的速度分布規(guī)律。試驗結(jié)果表明:當風向垂直于迎風前緣時,屋面迎風高點至迎風中點區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)典型的分離泡現(xiàn)象;而在迎風中點至低點區(qū)域,由于馬鞍屋面為正向坡度,無法形成分離泡。均勻流場下分離泡再附長度近乎橫跨整個屋蓋;而湍流場中分離泡渦核離迎風前緣較近,且旋渦橫截面積顯著小于均勻流工況。結(jié)合風洞測壓試驗,分析了不同迎風高度處馬鞍屋蓋表面的脈動風壓譜特性,明確了譜能量與旋渦運動或湍流尺度之間的演變關(guān)系。利用多個可視化平面的綜合布置最終揭示出分離泡的三維形態(tài)特征,據(jù)此將馬鞍屋蓋劃分為4個區(qū)域并提出合理的分區(qū)體型系數(shù),為大跨馬鞍屋蓋抗風設(shè)計提供參考。
【圖文】：

０ｍ／ｓ連續(xù)可調(diào)，試驗區(qū)的流場＜０．５０％，滿足試驗流場要求。本次試驗模型為馬鞍屋蓋（矢跨比１／１２和１／６）鈍體結(jié)構(gòu)模型，考慮到ＰＩＶ試驗中激光器片光尺寸（０．５ｍ×０．２ｍ）及風洞堵塞率的要求，將馬鞍屋蓋底面尺寸設(shè)定為０．２１ｍ×０．２１ｍ，低點高度分別為０．０２８和０．０５６ｍ，模型材料采用黑色有機玻璃。相機位于風洞的側(cè)面，垂直拍攝光帶內(nèi)的流場，鏡頭的高度和風洞側(cè)面中部位置持平，距地面約１．５ｍ。試驗中平均風速為１０ｍ／ｓ。如圖１所示，模擬風場有均勻流和等間距格柵湍流兩種工況，湍流場下平均屋檐高度處的湍流度維持在１０％。ＰＩＶ設(shè)備共分為５個部分，即激光器（ＹＡＧＬａ－ｓｅｒ）、同步儀（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ）、高速ＣＭＯＳ相機、計算機以及粒子投放設(shè)備。試驗中相機工作頻率為２００Ｈｚ，像素為２４００×１８００，全分辨率下相機的幀頻為４８０ｆｐｓ。ＰＩＶ試驗中的示蹤粒子為一種油狀液態(tài)物質(zhì)，利用氮氣通過壓力控制器將液態(tài)示蹤粒子噴射到風洞里形成霧氣。由于馬鞍屋蓋存在迎風高點和低點，為了更全面地觀察分離泡的截面流動特征及三維形態(tài)，試驗設(shè)定５個可視化平面且可視化面與來流方向平行，如圖２所示。圖１兩種風場試驗Ｆｉｇ．１Ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｗｉｎｄｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ圖２可視化平面位置（單位：ｍｍ）Ｆｉｇ．２Ｖｉｓｕａｌｐｌａｎｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）２ＰＩＶ試驗結(jié)果分析２．１馬鞍屋蓋模型（矢跨比１／１２，低點５６ｍｍ）試驗結(jié)果分析２．１．１旋渦結(jié)構(gòu)時

分為５個部分，即激光器（ＹＡＧＬａ－ｓｅｒ）、同步儀（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ）、高速ＣＭＯＳ相機、計算機以及粒子投放設(shè)備。試驗中相機工作頻率為２００Ｈｚ，像素為２４００×１８００，全分辨率下相機的幀頻為４８０ｆｐｓ。ＰＩＶ試驗中的示蹤粒子為一種油狀液態(tài)物質(zhì)，利用氮氣通過壓力控制器將液態(tài)示蹤粒子噴射到風洞里形成霧氣。由于馬鞍屋蓋存在迎風高點和低點，為了更全面地觀察分離泡的截面流動特征及三維形態(tài)，試驗設(shè)定５個可視化平面且可視化面與來流方向平行，如圖２所示。圖１兩種風場試驗Ｆｉｇ．１Ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｗｉｎｄｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ圖２可視化平面位置（單位：ｍｍ）Ｆｉｇ．２Ｖｉｓｕａｌｐｌａｎｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）２ＰＩＶ試驗結(jié)果分析２．１馬鞍屋蓋模型（矢跨比１／１２，低點５６ｍｍ）試驗結(jié)果分析２．１．１旋渦結(jié)構(gòu)時均特征當來流風垂直于馬鞍屋蓋迎風墻面時，氣流將在迎風頂點處發(fā)生分離，分離的剪切層由于黏性效應(yīng)會再附到屋面，形成不通氣的空腔，通常稱為分離泡，它使得靠近建筑物屋蓋前緣產(chǎn)生極值負壓。圖３給出了均勻流和格柵紊流下可視化面１流線和渦量常從圖３（ａ），（ｃ）可以看出，分離泡的截面形狀為橢圓形。來流為均勻流時，，其各尺度湍流成分相對較少，導致沿著屋面附面層的倒流區(qū)較長，渦核高度較高。由圖３（ｂ）可知，來流未到達迎風高點時，１０９８振動工程學報第２９卷

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本文編號：2583264