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1、分类号:TU310710-2012128054硕士学位论文复杂体型结构表面风作用过程CFD数值计算研究黄政导师姓名职称颜卫亨教授申请学位级别工学硕士学科专业名称结构工程论文提交日期2015年6月6日论文答辩日期2015年6月12日学位授予单位长安大学CFDNumericalSimulationStudyontheWindActionProcessofComplexShapeStructureADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangZhengSupervisor
2、：Prof.YanWeihengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要复杂体型大跨度大空间结构表面风压分布及其体型系数的确定是结构抗风设计的关键，现行规范中没有相关规定，亦没有类似的研究可供参考。传统的研究方法是通过风洞试验技术确定，然而风洞试验需要耗费大量的人力、物力和财力，试验周期长且结果有一定的局限性。本文依据大气边界层理论和流体动力学基本原理，以某复杂体型航站楼建筑为研究对象，采用CFD数值风洞方法对其在风作用过程下进行定量数值模拟研究，探讨与分析计算域、网格划分方式、湍流模型、离散格式和求解算法、
3、边界条件、结果判定及模型缩尺比等7个方面对CFD数值计算结果的影响，与风洞试验结果进行对比，建立基于CFD的复杂体型结构数值风洞的抗风设计方法。同时，对复杂体型航站楼建筑在24种不同风攻角下进行CFD数值计算分析，用风洞试验数据对数值解进行精度评估，进一步验证此方法的可靠性、普适性及解的稳定性。使CFD数值计算成为一项实用的技术而得到应用，实现对复杂体型结构风荷载的合理评估。在此基础上，采用CFD数值计算得到复杂体型航站楼建筑的平均风压系数等值线、风速矢量分布、风场迹线和湍动能分布等，进一步研究复杂体型建筑形体与风场绕流的关系，通过
4、风荷载作用下结构几何形状优化来降低结构的风致响应，借此来确定建筑形体——风压分布这一综合系统与使用要求之间的优化组合。建立建筑形体与风荷载的良性互动，为类似复杂体型建筑形体的抗风设计和在风荷载作用下选取合理的气动外形提供理论依据。关键词：复杂体型结构，CFD数值计算，参数分析，网格划分技术，平均风压系数，气动外形iAbstractDeterminingthewindpressuredistributionandshapecoefficientonthecomplexshapestructurethatislargespanandla
5、rgespaceisthekeytowindresistantdesignofstructures,inthecurrentspecification,thereisnorelevantprovisionsandnosimilarresearchforreference.Traditionalresearchmethodisdeterminedbywindtunneltest,however,itrequiresalotofmanpower,materialandfinancialresources,besideslongtestc
6、ycleandtheresultsbytheconditionsandlimitationsaredisadvantages.Inthispaperbasedontheprincipleofatmosphericboundarylayertheoryandfluiddynamics,consideringcomplexshapeterminalbuildingastheresearchobject,itiscarriedonthequantitativestudyinthewindprocessusingCFDnumericalsi
7、mulationmethod.TheparametersinfluenceofCFDnumericalsimulationresultsarestudied,thatisconsistedofcomputationaldomain,meshingtechnology,turbulencemodel,discreteschemeandalgorithm,boundaryconditions,resultsofdeterminationandmodelscaleandsoon,comparedwiththewindtunneltestr
8、esults,sothewindresistantdesignmethodofcomplexshapestructurebasedonCFDnumericalsimulationisestablished.Atthesametime,
