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基于雷诺平均法的典型结构风荷载特性研究

力学研究 2024年第2期13卷 63-73页

作者：吴耀鹏李峙解国良西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安西安建筑科技大学国家级土木工程实验教学示范中心陕西西安

基于FLUENT软件平台,对典型结构的风荷载分布特性进行CFD数值研究。以国家大剧院为例,基于雷诺平均法中定常的RNG k-ε湍流模型,对建筑物在不同风向角下的风压分布进行数值模拟研究。并探讨周围建筑物对风场的影响,特别是人民大会堂的... 详细信息

基于FLUENT软件平台,对典型结构的风荷载分布特性进行CFD数值研究。以国家大剧院为例,基于雷诺平均法中定常的RNG k-ε湍流模型,对建筑物在不同风向角下的风压分布进行数值模拟研究。并探讨周围建筑物对风场的影响,特别是人民大会堂的影响。研究结果表明:国家大剧院在不同的风向角下表现出不同的风压系数变化情况,迎风面产生正压,侧风面和顶面为负压,背风面风压系数较小;在0˚风向角时,大剧院表面的风压系数达到极值,且周围建筑对风压分布具有重要影响;由于人民大会堂的狭道效应和阻挡效应,大剧院表面风压呈非对称分布。数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合,可满足工程要求。本研究可为此类典型结构的抗风设计提供依据和参考,具有重要应用价值。

关键词：雷诺平均法湍流模型风压系数国家大剧院

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基于雷诺平均法的数值风洞技术研究与应用

基于雷诺平均法的数值风洞技术研究与应用

作者：解国良西安建筑科技大学

学位级别：硕士

在结构风工程领域,数值风洞技术刚刚兴起,它与风洞试验的属性相同,但相比现场实测和风洞试验,它可进行结构全尺寸、高雷诺数计算,对某些问题能进行理想化研究,便于参数化分析,能提供丰富的风荷载数据,且成本低,周期短,节省人力、物力、... 详细信息

在结构风工程领域,数值风洞技术刚刚兴起,它与风洞试验的属性相同,但相比现场实测和风洞试验,它可进行结构全尺寸、高雷诺数计算,对某些问题能进行理想化研究,便于参数化分析,能提供丰富的风荷载数据,且成本低,周期短,节省人力、物力、财力。近年来,很多学者以数值风洞为基础,对结构风工程领域的相关问题进行了深入研究,并取得了丰硕的研究成果。然而,由于湍流流动的复杂性,目前数值风洞技术还存在很多问题,在理论和实际应用方面仍需进一步研究。本文主要研究内容及结论如下:首先介绍流体运动基本方程,并以此为基础,讲述湍流流动中常用的几种湍流模型、基本控制方程在空间域和时间域上的离散方法、源项和近壁面处的处理方法,为进一步数值模拟提供充分的理论依据。采用雷诺平均法中的不同湍流模型对方柱绕流进行数值模拟,数据显示,雷诺应力模型(RSM)在流场参数的时程振动、时均值、尾部旋涡脱落方面都表现较好;RNG k-ε湍流模型和Realizable k-ε湍流模型在时程振动、尾部旋涡脱落方面效果较差,但在流场参数时均值方面与RSM湍流模型相当;Standard k-ε湍流模型无法得到流场参数时程振动和尾部旋涡脱落情况,在参数时均值方面效果也稍差。采用RSM湍流模型分析方柱绕流和圆柱绕流流场特性,分析升力系数、阻力系数、斯托罗哈数、尾部旋涡的分布情况,结果表明,圆柱绕流在一定雷诺数下存在阻力危机现象,而方柱绕流不存在,但圆柱绕流发生阻力危机时,所在的雷诺数范围与相关文献有一定差距。以国家大剧院为实例,采用雷诺平均法中定常的RNG k-ε湍流模型分析其表面及周围流场分布,结果表明,国家大剧院表面主要受竖向吸力,迎风面表现为正压区,顶面和侧面表现为负压区,背风面由于旋涡影响压力分布混乱,压力值较小,且不同风向角下,压力分布遵循一定的规律。人民大会堂对国家大剧院风压分布有较大影响,尤其在国家大剧院上风向时,国家大剧院位于人民大会堂后方旋涡脱落区,表面压力分布混乱无规律,且由于屏蔽作用,压力值相对较小。将部分计算结果与风洞试验数据对比发现,数值模拟与风洞试验吻合较好,能与风洞试验相结合,为工程抗风设计提供依据。

关键词：计算流体动力学数值风洞雷诺平均法湍流模型

抽吸孔对交叉肋冷却通道内部流动和传热的影响

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哈尔滨工程大学学报 2021年第4期42卷 535-540,573页

作者：孙海鸥李良才胡亮卜诗栾一刚哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了研究燃气轮机涡轮叶片内部结构的冷却性能,本文采用基于雷诺平均的数值计算方法,获得交叉肋冷却通道内部流场和传热系数分布。研究结果表明:抽吸效应在孔附近产生很强的传热区域,可以改变子通道内的流动结构。子通道内的强制纵向涡... 详细信息

为了研究燃气轮机涡轮叶片内部结构的冷却性能,本文采用基于雷诺平均的数值计算方法,获得交叉肋冷却通道内部流场和传热系数分布。研究结果表明:抽吸效应在孔附近产生很强的传热区域,可以改变子通道内的流动结构。子通道内的强制纵向涡是通道整体传热得到强化的重要因素。孔的位置分布对内部流动和传热的影响最大。25%的抽吸量就能够维持交叉肋通道的良好的冷却性能,通过合理布置抽吸孔能够提高交叉肋通道的综合热效率。

关键词：叶片冷却交叉肋冷却结构抽吸孔对流冷却强化传热综合热效率雷诺平均法燃气轮机

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压电合成射流驱动器孔型结构数值仿真研究

压电与声光 2012年第2期34卷 226-228,232页

作者：张立王帮峰周勇南京航空航天大学智能材料结构航空科技重点实验室江苏南京210016 南京信息工程大学气象传感网技术工程中心江苏南京210044

研究了压电合成射流驱动器(PSJA)的4种不同孔型结构与出口射流性能的关系。基于雷诺平均法数值仿真了不同孔型的PSJA流场分布特性,分析比较了其出口射流速度分布情况。通过比较发现,锥形出口驱动器的射流最集中,横向扩散最少,纵向速度最... 详细信息

研究了压电合成射流驱动器(PSJA)的4种不同孔型结构与出口射流性能的关系。基于雷诺平均法数值仿真了不同孔型的PSJA流场分布特性,分析比较了其出口射流速度分布情况。通过比较发现,锥形出口驱动器的射流最集中,横向扩散最少,纵向速度最大,是一种较理想的出口形式;而圆弧形出口驱动器由于横向扩散严重,纵向传输能力最弱,基本无法实现连续的射流。对于直口和阶梯形出口的PSJA,其出口射流沿中心线的分布规律及速度大小都基本重合。

关键词：合成射流驱动器孔形结构雷诺平均法数值模拟流场分布

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基于最小能耗率原理的河床稳定性判据

江苏大学学报（自然科学版） 2017年第6期38卷 737-744页

作者：高仕赵赵丽娜尤再进郑春梅鲁东大学土木工程学院山东烟台264025 大禹节水(天津)有限公司天津301712

为了解决河床稳定走势问题,基于最小能耗率、雷诺平均法以及变分原理,提出了河床稳定性判据.通过与文献资料数据、纵断面稳定系数进行比对,验证了此河床稳定性判据.同时,结合黄河下游自花园口至利津等7个水文站所形成的6个河段,在1972,1... 详细信息

为了解决河床稳定走势问题,基于最小能耗率、雷诺平均法以及变分原理,提出了河床稳定性判据.通过与文献资料数据、纵断面稳定系数进行比对,验证了此河床稳定性判据.同时,结合黄河下游自花园口至利津等7个水文站所形成的6个河段,在1972,1973,1975—1980,1982,1985,1987,1988和1991—2000年等21年的水文资料,对黄河下游不同河型进行了稳定性分析.结果表明:黄河下游河床稳定性逐渐降低,孙-艾和艾-泺河段稳定性最差,需要对河岸进行加固;黄河是地上悬河,高含沙水流中的泥沙在中下游逐渐淤积抬高了河床,从而导致河床稳定性降低.

关键词：河床稳定性判据最小能耗率原理雷诺平均法变分原理

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侧风影响下的飞机尾流强度消散与涡核运动

空军工程大学学报（自然科学版） 2017年第6期18卷 27-33页

作者：魏志强李志远刘薇中国民航大学空管学院天津300300 天津市空管运行规划与安全技术重点实验室天津300300

利用有利的侧风条件适度缩减尾流间隔以提升空域容量已成为国际空管研究的热点问题之一。在建立了A320机翼尾涡流场上,基于RANS方法采用RKE涡粘模型对雷诺应力项进行二方程封闭,提出利用UDF(用户自定义函数)编程技术分别施加静风、1 m/s... 详细信息

利用有利的侧风条件适度缩减尾流间隔以提升空域容量已成为国际空管研究的热点问题之一。在建立了A320机翼尾涡流场上,基于RANS方法采用RKE涡粘模型对雷诺应力项进行二方程封闭,提出利用UDF(用户自定义函数)编程技术分别施加静风、1 m/s、4 m/s、7 m/s 4个不同侧风风场,在"天河一号"超级计算机上开展数值模拟实验。基于试验数据,分析了不同侧风影响下的尾涡下沉运动、涡量衰减、尾涡横向运动、涡心速度等参数的变化规律。结果表明:受到侧风扰动后,尾涡涡量快速上升,其滚转力矩在短时间内迅速增加,尾涡涡心间距快速减小后又迅速反弹分离。在垂直方向上,尾涡反复上下跳跃,呈现出不稳定性,强侧风时的诱导湍流形成的剪切梯度会造成涡核脱落,涡体迸裂进而快速消散。在水平方向上,尾涡会被强侧风快速吹离主航路,有利于缩减所需的尾流间隔、提高机场运行效率。

关键词：交通管理尾涡流场数值模拟尾流消散尾涡运动雷诺平均法

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上海世博会气象馆平均风压数值模拟研究

力学与实践 2010年第2期32卷 16-21页

作者：张悦黄本才汪丛军周建龙同济大学航空航天与力学学院上海200092 上海凯德数值信息科技有限公司上海200086 华东建筑设计研究院有限公司上海200002

采用数值模拟方法对上海世博会气象馆进行了平均风压数值模拟,比较了4种较适合于结构风工程的RNG k-ε,SST-k-ω,SSG-RSM和BSL-RSM湍流物理模型,包括体型系数、表面合力、合力矩及湍动能结果,同时结合风流动特性分析了其规律性和差别的... 详细信息

采用数值模拟方法对上海世博会气象馆进行了平均风压数值模拟,比较了4种较适合于结构风工程的RNG k-ε,SST-k-ω,SSG-RSM和BSL-RSM湍流物理模型,包括体型系数、表面合力、合力矩及湍动能结果,同时结合风流动特性分析了其规律性和差别的原因,并得到SST-k-ω,BSL-RSM与SSG-RSM模型各有优势,而RNG k-ε模型稍差的结论.最后研究了有无干扰情况下的场馆表面平均风压系数,分析了风干扰的原因.

关键词：雷诺平均法湍流物理模型平均风压风干扰

单体建筑及建筑群表面风压计算的湍流模型研究

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建筑科学 2017年第6期33卷 96-107页

作者：梅凌云吴杰张宇峰华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广州510640 广西大学土木建筑工程学院广西工程防灾与结构安全重点实验室防灾减灾与工程安全教育部重点实验室南宁530004

湍流模型是建筑表面风压数值计算精度的重要影响因素之一。本文针对低层单体建筑和并列式建筑群,在0°~90°多个风向角下,基于雷诺平均法的RNG k-ε、Realizable k-ε和SST k-ω3种湍流模型,对建筑表面风压开展数值计算,并与日本东京工... 详细信息

湍流模型是建筑表面风压数值计算精度的重要影响因素之一。本文针对低层单体建筑和并列式建筑群,在0°~90°多个风向角下,基于雷诺平均法的RNG k-ε、Realizable k-ε和SST k-ω3种湍流模型,对建筑表面风压开展数值计算,并与日本东京工艺大学的风洞实验结果对比,检验不同模型的计算精度。结果表明,Realizable k-ε模型和SST k-ω模型对建筑迎背风面的平均风压及风压差系数和测点风压系数计算精度较高,可用于单体建筑及建筑群的表面风压数值计算。

关键词：建筑表面风压计算精度雷诺平均法湍流模型风向角

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火箭弹燃气射流及其环境特性研究

火箭弹燃气射流及其环境特性研究

作者：许祥熙南京理工大学

学位级别：硕士

现代化火箭弹武器具有打击范围广、打击精度高、打击火力猛、对目标毁伤效能高、反应迅速等优点。火箭弹发射时产生的初始冲击波、反射激波、高温高速气体等都对发射装置的稳定性及工作人员的人身安全产生巨大危害,因此研究火箭弹发射... 详细信息

现代化火箭弹武器具有打击范围广、打击精度高、打击火力猛、对目标毁伤效能高、反应迅速等优点。火箭弹发射时产生的初始冲击波、反射激波、高温高速气体等都对发射装置的稳定性及工作人员的人身安全产生巨大危害,因此研究火箭弹发射燃气射流的流场结构具有重要的意义。本文基于雷诺平均法的SST k-?湍流模型,结合二阶精度AUSM数值离散格式,数值研究了不同发射角和环境因素对倾斜式火箭弹发射过程中发射管外流场的影响。本文的主要工作如下:通过对理想发射条件下倾斜式火箭弹燃气射流发射过程的研究,得到了火箭弹燃气射流及其激波的形成与演变过程,分析研究了火箭弹燃气射流结构特征及其冲击波对地面和发射管外壁面的影响。结果表明,由于存在发射倾角,导致发射管左右两侧壁面压力不对称,形成一个翻转力矩使发射管失衡。通过对发射角分别为35°、45°、55°、65°时火箭弹燃气射流的数值研究,揭示了发射角度对火箭弹燃气射流流场结构的影响。结果表明,由于发射管具有倾角,导致发射管左、右两侧主涡环区域的压力值存在明显差异。随着发射倾角变大,射流对地面形成的冲击效果变强,地面附近的高温区温度变高;发射倾角越大,更多的高压气体直接进入左侧涡环区域区域,从而导致左侧的低压区域面积逐渐缩小。最后结合实际情况,数值研究了不同风速和海拔高度对火箭弹燃气射流流场结构的影响。首先分析研究了环境风速分别为0m/s、10m/s、20m/s、30m/s时的燃气射流流场结构特征,发现环境风速可以增强左侧主涡环的卷吸作用,减弱右侧主涡环的卷吸作用,但由于风速值远小于射流的膨胀速度值,对射流的流场结构影响较小,另外,结果表明火箭弹所受偏转力矩随风速的增大而增大。随后,通过对海拔高度分别为0m、1500m、3000m、4500m时的燃气射流流场结构进行分析发现,由于环境压强随海拔的增高而降低,使射流喷出发射管后的膨胀效应更强,因此射流与地面的冲击效果更显著。

关键词：超声速燃气射流火箭弹激波数值模拟雷诺平均法