基于PIV试验的积雪平屋面风场特性研究

摘要

为研究屋盖积雪对低矮平屋面风场特性的干扰影响,基于风吹雪风洞试验,通过3D打印获得平屋面的3D积雪形态,并以无积雪模型作为对照,系统地开展了PIV (particle image velocimetry)风洞试验,并结合LES(large eddy simulation)方法,研究了6组平屋面建筑有无积雪时的流场分布特性.试验研究表明:当无积雪时,来流在屋面前缘处分离后能形成典型的分离泡流动,分离泡内速度场存在明显逆流现象;当有积雪时,屋面上方的逆流减弱甚至消失,积雪显著地加快了流经屋面附近流场的速度,其最大速度增量约为0.6,同时,流线分布更贴合模型壁面,速度梯度增大,也相对增大了涡量值;积雪会使得屋面上方整体的时均湍动能和切应力均减小,但对屋面迎风区域的平均和脉动风压均有增大作用,其增大比值约为15%和20%.通过该研究可进一步对低矮建筑的风雪荷载作用机理展开分析,为屋盖结构的抗风雪设计提供参考.