建筑群中建筑物间的相互气动干扰的数值研究

摘要

计算风工程(CWE)是近十年发展起来的一门新兴学科, 它代表了示来结构物抗风研究的一个新方向.数值研究建筑物间相互干扰问题是计算风工程的一个热点和难点. 虽然CWE仍有许多问题没有解决,但是它所具有的许多优点已经使其在风工程研究方法中占有一席之地.针对建筑物的基本形状为矩形的特点,该文主要做了以下几个方面的工作:1.传统的标志网格方法MAC(MarderCell)在求解不可压Navier-Stokes方程时主要的缺点;收敛慢,计算耗时巨大.针对此缺点,作者将多重网格方法与传统的标志网格方法结合起来,提出了改进的标志网络法,改进的标志网格法比传统的档志网格方法在计算速度上有较大的提高,这是一该文的一大优点.2.给出了不使用交错网格, 简化的动量方程和压力Poisson方程的空间离散的处理办法.3.对工程问题,时间均值意义下为二维的问题,通常采用二维非定常计算,而不采用三维非定常计算.4.用改进的标志网格法计算了两个方柱串列放置的流场,通过对不同间距比下前后柱阻力值的计算及流场可视化手段,研究了两串列方柱流场的干扰机理.5.用改进的标志网络方法计算了两方柱并列放置的流场,对同一间距比下,有外界非对称因素的影响和无外界非对称因素的影响的情形都进行了计算,成功地再现了间距比小于临界间蹁流现象,计算所得的各柱的升力和阻力的均值以及斯脱罗哈数与实验所测的对应值有合理的一致性.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1引言

1.2课题研究的意义

1.3国内外研究现状

1.3.1网格生成技术

1.3.2湍流的计算流体力学模型

1.3.3计算方法

1.3.4流场计算中的新方法——并行计算与向量运算

1.4计算风工程所面临的困难

1.4.1与高雷诺数相关的困难

1.4.2带有冲撞的流场的困难

1.4.3由钝体的尖边所引起的困难

1.4.4与流入面和流出面相关的困难

1.5本文研究所做的工作

第二章 方柱绕流问题的数学模型和数值方法

2.1引言

2.2方柱绕流问题的控制方程及数值方法

2.3伸缩坐标变换下的MAC方法的形式

2.4三阶逆风格式

2.5多重网格方法求解压力方程组

2.6改进的MAC方法的特点

2.7本章小结

第三章 绕单个二维方柱的涡脱落流的二维计算和三维计算

3.1引言

3.2二维模拟和三维模拟的边界条件及计算网格

3.3二维计算和三维计算与实验结果的比较

3.3.1均值表面压力分布

3.3.2脉动压力的均方根的比较

3.3.3脉动升力和阻力的功率谱

3.3.4近柱面处流场结构的差别

3.3.5脉动升力和阻力的时间历程及阻力的均值、斯脱罗哈数

3.3.6脉动升力和阻力的均方根值

3.4结果分析与讨论

3.5本章结论

第四章 两串列方柱绕流的干扰的数值模拟

4.1引言

4.2计算区域及边界条件

4.3计算结果

4.3.1顺风向间距比L/D=2.0的计算结果

4.3.2顺风向间距比L/D=3.9的计算结果

4.3.3顺风向间距比L/D=4.9的计算结果

4.4结果分析和讨论

4.5本章结论

第五章 两并列方柱绕流相互干扰的数值研究

5.1引言

5.2计算区域及边界条件

5.3计算结果

5.3.1横风向间距比T/D=1.25的情形

5.3.2间距比T/D=1.5的情形

5.3.3横风向间距比T/D=2.0的情形

5.3.4横风向间距比T/D=3.0和T/D=3.9的情形

5.4结果分析和讨论

5.5本章结论

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在攻读博士学位期间完成和发表的主要论文