大跨桥梁实测湍流风场的大涡模拟

作     者：李威霖 牛华伟 华旭刚 陈政清 LI Wei-lin;NIU Hua-wei;HUA Xu-gang;CHEN Zheng-qing

作者机构：湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2022年第35卷第10期

页      面：161-171页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51478181)。 

主　　题：桥梁工程 湍流合成 大涡模拟 PRFG~3 实测强风 

摘      要：为实现在大涡模拟(LES)中准确评估强风湍流对大跨桥梁的作用,关键难点在于生成符合桥梁真实强风特性的入口湍流。为此应用了一种新的规则化波矢量随机流生成方法PRFG~3(Prescribed-wavevector Random Flow Generator),该方法遵守连续性方程和泰勒假设,可准确模拟目标湍流的脉动风谱、湍流度和湍流积分尺度等风特性参数。首先利用西堠门大桥结构健康监测系统(SHMS)2016年内采集的风速数据,选取了该桥址区10 min时距平均风速较大但风特性不同的2个强风样本,分析得到相应的强风特性参数;然后采用PRFG~3方法合成了符合上述2个实测强风特性的均质各向异性湍流,同时为验证该方法用于主梁节段模型LES入口湍流的适用性,还模拟了缩尺比为1∶50的强风湍流场,并基于OPENFOAM平台,将3类风场赋予LES入口进行了数值计算;最后将LES流场中多个监测点的湍流特性与实测结果进行了对比。研究结果表明:2个实测风场在顺风向、横风向、竖风向的脉动风谱均与Von Kármán谱接近,顺风向湍流积分尺度最大约为192 m,各脉动风分量近似符合正态分布;PRFG~3方法产生的入口湍流在LES计算域内能正确传输,模拟的3类风场均有较好的均匀性,脉动风分量在各方向上的功率谱、湍流度和所有的9个湍流积分尺度均与相应的实测值吻合较好。相关湍流合成方法及LES设置可为大跨桥梁在实测强风湍流下的数值模拟研究提供参考。