基于FLUENT软件的建筑物风场数值模拟

摘要

超高、大跨度和轻质建筑物中，结构对风作用的敏感性大大增强，风荷载成为此类建筑物控制设计的主要荷载之一。如何计算风对建筑物的作用已成为理论与工程界关注的热点问题。风对建筑物的作用属于复杂钝体绕流问题，建筑物周围的风流场是十分复杂的湍流场，充满了分离、回流、旋涡等一系列复杂的运动形式。理论方法还难以解决这一复杂的流动问题，而试验研究又存在着费时、费力、花费较高及适用性不强等问题。随着湍流模型的不断发展和完善、计算机软、硬件的飞速进步及计算技术的迅速提高，用计算机模拟风洞试验的技术日趋成熟，已逐渐成为结构风工程研究的最有力手段。本文正是利用这一方法对建筑物周围风场进行研究以得到风对建筑物的作用。本文阐述了计算风工程的基本理论和计算方法，推导出了三维稳态二阶迎风格式下控制方程的离散方程。对建筑物周围风场数值模拟时涉及到的计算流域确定、网格划分、边界条件选取、参考压力位置确定、湍流模型选择、求解参数设置等问题进行了深入研究，对选用方法、原则提出了有益建议；利用计算流体动力学软件FLUENT，对某大型复杂三维建筑物考虑周围建筑物气动干扰作用的情况进行了周围风流场模拟，详细比较了结构各部分的计算平均风压值与风洞试验值，利用软件所得数据推导换算得到的计算均方根风压系数值与风洞试验值进行了比较，最后详细分析了计算值与试验值间存在差别的原因。通过具体工程分析表明数值模拟是可靠的，采用计算流体动力学方法进行建筑物风荷载的计算是可行的。