复杂地形桥位风场实测与CFD数值模拟

作     者：薛亚飞 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘志文

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：复杂地形 风场实测 计算流体动力学 数值模拟 平均风特性 脉动风特性 

摘      要：桥位风特性参数确定是大跨度桥梁抗风设计中十分重要的问题之一,对合理确定大桥设计风荷载和评估大桥抗风性能具有至关重要的影响。复杂地形桥位由于地形差别较大,其桥位风特性参数变化较为复杂,近年来复杂地形桥位风特性的研究逐渐成为桥梁工程研究领域的热点问题之一。本文以拟建的山西临猗黄河大桥工程为依托,分别采用现场实测与计算流体动力学方法（Computational Fluid Dynamics,CFD）进行研究。论文主要研究工作如下:1.在综述国内外复杂地形桥位风场实测与CFD数值模拟研究现状的基础上,以拟建的山西临猗黄河大桥为依托,制定了本文的研究内容与技术路线。2.简要介绍了山西临猗黄河大桥工程,详细介绍了复杂地形桥位风实测方案,如风观测塔、风速仪、数据采集、传输系统等,并对风速仪精度检验和风观测系统的运行情况做了简要介绍。3.简要介绍了桥位风实测数据的处理方法,在此基础上基于MATLAB编写了桥位实测数据处理程序。分别对观测期内的平均风速和脉动风速进行了处理,得到了相应的风特性参数,平均风特性包括:风速、风向以及风剖面;脉动风特性包括:湍流度、阵风因子、湍流积分尺度以及脉动风功率谱密度等。观测期间风观测塔80m高度处极大风速为23.1m/s,最大风速为18.3 m/s;主导风向为北风偏东;风剖面指数为??1670.0,与B类地表向接近;实测脉动风谱与规范给出的风谱吻合较好。4.在简要介绍CFD的基础上,首先进行了单峰山丘风场数值模拟,即分别采用RNG k-?和SST k-?湍流模型对单峰山丘风场进行了数值模拟;然后针对拟建的临猗黄河大桥桥位地形进行风场数值模拟,分别比较了近地层网格厚度、网格分辨率对模拟结果的影响。最后,对该桥位地形分别进行了四个工况的风场CFD数值模拟,得到了相应工况的风速分布规律。