典型屋盖的风致雪漂移数值模拟方法研究

作     者：苏政忠 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李方慧

授予年度：2024年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：现场实测 动网格 非平衡态模拟 积雪分布 

摘      要：在我国广阔的地域中,多变而复杂的气候为雪灾工程问题的发生创造了条件。建筑倒塌作为雪灾工程灾害的一种表现形式,直接威胁着人们的生命安全和财产安全。随着降雪的突然增多和气流的影响,导致局部堆雪的现象显著,给典型屋面带来了极大的不均匀荷载隐患。目前现有的研究模拟手段很少考虑风雪之间的耦合作用影响、以及传统模拟方法很难考虑积雪堆积侵蚀的非平衡稳态因素。因此本文通过自定义编程实现风吹雪耦合影响的动网格数值模拟。 本文采用瞬态模拟动网格技术对连续双跨双坡屋面、拱形屋面进行风吹雪数值模拟,探究两种典型屋面在不同模拟时刻下的屋面积雪状态、流场演变、积雪能力变化。结合实测降雪过程中雪颗粒属性的变化,新雪雪颗粒粒径分布、降雪发生后一段时间雪颗粒粒径分布、不同雪深下雪密度变化、实际模型周边风场特性、实测风速风向、布置实际模型。基于不同时刻测量实际模型表面积雪分布形态,在与实测拟合较好的情况下,分析传统稳态模拟无法探究的积雪面改变对风场的影响,分析流场、雪浓度场随时间的演变过程,并对不同时刻下屋面的积雪能力进行分析预测。 研究发现影响屋顶积雪积累的主要因素为风场中回流涡的位置、雪粒子的临界摩擦速度和屋顶雪浓度。通过对降雪过程中不同时间点屋顶风场、屋顶墙壁摩擦风速和屋顶雪浓度的分析,发现屋顶的积雪能力在降雪的不同时刻存在显著差异。在降雪初期,连续双坡屋顶跨中出现最大的回流涡,导致雪积累速率约为0.4m/12h。随着积雪的增加,回流涡逐渐消散,屋顶积雪积累速率降至0.25 m/12h,并最终稳定。拱形屋顶也出现了类似的结果,在降雪初期,积雪雪积累速率达到峰值,位置为跨3/4处的背风侧达到峰值。这对于我们后续在应对长时间降雪造成的雪灾事故时,能更加有效的认识到积雪最大位置、以及积雪速率最快的时刻,从而采取有效措施减少风雪灾害造成的影响。