基于FLUENT的建筑物风沙两相流场数值模拟

摘要

我国是沙尘天气频发地区，据粗略统计，我国每年因风沙危害造成的直接经济损失高达540亿元人民币。近年来，人们越来越意识到风沙研究的重要性。20世纪80年代，有研究者开始对风沙运动过程进行数值模拟，目前已提出了形式各异的模型。对于超高，大跨和轻质建筑物，结构对风作用的敏感性大大增强，致使风荷载成为此类建筑控制设计的主要荷载之一。目前，土木工程领域利用CFD方法研究风沙共同作用下建筑物表面的风荷载还非常少见。本文正是基于商业CFD软件FLUENT，对风沙共同作用下建筑物周围风场作了数值模拟。
　　在建筑物静风荷载的模拟研究中，首先确定了湍流模拟方法——剪切应力模型(SST)。然后分别对两种典型模型：AIJ模型和CAARC模型的数值模拟结果与风洞试验结果进行了对比分析，得出数值模拟结果与风洞试验结果有很好的一致性，证明了利用CFD方法模拟建筑物表面风压的准确性。
　　在建筑物风沙荷载的模拟研究中，首先，根据我国建国四十多年来的风沙天气统计报告，选用北京地区和甘肃地区发生的最大沙尘暴统计结果，确定了大气气溶胶的质量浓度极大值，沙粒的折算粒径，沙粒密度等。其次，在静风荷载结果的基础上加入第二相(颗粒相)，假设沙粒浓度均匀分布，沙粒相与气体相没有相对滑移，且沙粒相与气体相单向耦合，即沙粒相对气体相无作用。最后，根据模拟结果进行对比分析：根据沙粒浓度不同，风速不同，对AIJ模型和CAARC模型的表面风压以及沙粒沉积进行了研究，验证了CFD在模拟两相流方面的可行性。

目录

基于FLUENT的建筑物风沙两相流场数值模拟

Numerical Simulation of Wind-Blown-Sand Two Phase Flow Field around the BuildingBased on Fluent

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源与研究背景

1.2 计算风工程的研究现状

1.3 风沙运动数值模拟的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 风沙两相流场数值模拟研究

2.1 引言

2.2 风沙两相流概述

2.2.1 沙粒的运动特性

2.2.2 风沙流结构特征

2.3 气相流场的数值模拟

2.3.1 流场的基本控制方程

2.4 混合相的数值模拟

2.4.1 气固两相流数学模型

2.4.2 FLUENT多相流模型

第3章 典型建筑模型风沙两相流场数值模拟

3.1 引言

3.2 我国沙尘暴天气背景

3.2.1 沙尘暴天气时空分布特征

3.2.2 沙尘暴天气大气气溶胶特征

3.3 AIJ模型风沙影响的数值模拟

3.3.5 湍流模型及两相流模型

3.3.6 求解参数的设置

3.4.1 数值建模及求解参数的选取

3.4.2 数值模拟结果与对比分析

3.5 本章小结

结 论

参考文献

附 录1

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致 谢