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计算流体力学在结构台风灾害与抗风概念设计中的应用

时间:2023-09-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:工程风环境仿真模拟是在计算机上对建筑物周围风流动所遵循的动力学方程进行数值求解[(通常称为计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)],从而仿真实际的风环境。对区域建筑风环境这样的大型、复杂问题可以在较短周期内完成数值模拟,并且可借助计算机图形学技术将模拟结果形象地表示出来,使得模拟结果直观,易于理解。近年来,随着计算机硬件及计算理论的发展,CFD已成为结构风工程研究的主要手段。

计算流体力学在结构台风灾害与抗风概念设计中的应用

工程风环境仿真模拟是在计算机上对建筑物周围风流动所遵循的动力学方程进行数值求解[(通常称为计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)],从而仿真实际的风环境。对区域建筑风环境这样的大型、复杂问题可以在较短周期(20~30天)内完成数值模拟,并且可借助计算机图形学技术将模拟结果形象地表示出来,使得模拟结果直观,易于理解。

近年来,随着计算机硬件及计算理论的发展,CFD已成为结构风工程研究的主要手段。由于CFD方法成本低、效率高、时间短、便于优化设计、不受缩尺效应影响等优点,国内外围绕CFD方法在风工程领域的应用开展了大量的研究与实践。由于计算机模拟不受实际条件的限制,因此不论建筑群布局形式如何、建筑物形状是否规则等,都可以对其周围风环境进行模拟,获得详尽的信息。并且利用计算机数值模拟方法可以方便地仿真不同风速风向条件下的风环境,只需在计算机程序中改变相应的边界条件即可。如对于珠海地区,若要对某小区的风环境进行预测,需要考虑夏季、过渡季、冬季等主导风向下的情况,用计算机数值模拟方法只需分别定义不同来流的风向和风速就可以方便地对不同条件下室外的风环境进行仿真研究。(www.xing528.com)

数值模拟方法最大的缺陷在于其可靠性,即仿真结果的可信程度,这往往需要通过实验的研究解决。即对同类流动采用合适的数学物理模型进行模拟,并和实验对比确定其可靠性,然后将经过验证的程序用于类似的建筑群气流流动模拟,从而保证模拟结果的相对可靠性。结果表明,数值计算能够较好预测建筑物周围气流流动情况和主导风向下建筑物表面的压力分布情况,从而预测建筑物表面哪些区域是薄弱的位置,在外围护结构设计时应采取构造加强措施。

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