建筑结构大气边界层风场风洞试验模拟

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1、136低温建筑技术2012年第6期(总第168期)建筑结构大气边界层风场风洞试验模拟王洪兴，张彦军【1．哈尔滨工业大学建筑设计研究院．哈尔滨150090；2．吉林省国艺建筑设计有限公司．长春130013)【摘要】基于风洞系统对建筑结构所处的大气边界层风场进行试验研究，结果表明在风洞中采用尖劈和粗糙源组合的被动控制方式，能够实现建筑结构来流风场的模拟，其平均风速剖面、湍流强度及脉动风功率谱密度模拟结果与规范要求一致性非常好。【关键词】建筑结构；大气边界层风场；风洞试验【中图分类号】TU311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—68

2、64(2012)06—0136—030前言式矩形截面风洞，分为大小两个试验段，小试验段尺寸为宽流体经过平板时会在平板附近形成边界层，同样粘性4．0m、高3．0m、长25m；大试验段尺寸为宽6．0m、高3．6m、大气流附着在地面附近流动时，因为地面粗糙度的影响，会长50m。试验风速范围小试验段为3～50m／s、大试验段为3形成大气边界层，从而在地表垂直方向形成风速梯度，大气—30m／s。本文以C类地貌为例，对建筑结构的大气层边界边界层厚度与地面粗糙度有关，随着地面粗糙度增大，大气风场进行风洞试验研究，假设模型的几何缩尺比为1／150，边

3、界层厚度也随之增大(300～450m)。人类居住及使用的试验在小试验段进行，试验风速控制在6—10m／s。绝大部分建筑工程结构都处于大气边界层内，建筑结构的2试验结果风洞试验必须按照建筑物所处环境模拟风速梯度随高度的风洞试验中，在建筑结构模型上游区域布置尖劈和粗变化规律。近些年，国外科研机构发展了多风扇风洞技术，糙源，目的是促使总体大气边界层的形成，在模型上游布置称为主动控制技术，而尖劈和粗糙源模拟的方法称为被动的粗糙源目的是诱使地表附近初始速度亏损，最后在建筑控制技术，与之相比，主动控制技术加强了低频湍流成为的结构模型附近形成一个具

4、有接近地面粗糙度的流场。边界模拟，在大气边界层的模拟中显得更有优势；但是主动控制层充分发展需要～定的距离，尖劈至模型之间的距离一般技术要求更多风扇和控制设备，技术难度大，成本也更高。应不小于风洞洞体高度的8倍，但也不应过长。通过调节上目前，国内建筑结构大气边界层模拟都采用尖劈和粗糙源游尖劈和粗糙源的间距和布置方式，可得到所需要模拟的组合的被动控制方法。速度，湍流强度及脉动风速谱等。风洞来流入13处风速为1试验介绍10m／s，根据文献2的方法，以1／150的几何缩尺比模拟C类在风洞中模拟大气边界层风场是建筑结构模型风洞试风场。验的重要内

5、容，根据拟建周围的建筑环境，确定大气边界层模拟大气边界层风场时，大气边界层的高度及地面粗糙流场模拟的地貌风场(定义见我国建筑结构荷载规范度高度都需要与建筑模型缩尺比相符。平均风速与顺风向湍(GB50009—2001))⋯。风洞是一种制造气流的装置一在流强度分量随高度的变化的试验结果如图l所示。从图中可特制的数十米至数百米长的密封管道内，利用巨型风扇产以看出平均风速剖面的结果整体与规范要求较为符合，只在生强劲气流。哈尔滨工业大学风洞实验室是一座闭口回流个别点相差较大。同样，湍流强度也符合规范的要求。吕昌赵．喧．喧风速／m·s湍流强度图1

6、风洞中模拟的c类地貌平均风剖面及湍流强度为了更好的模拟湍流，风速谱也需要达到一定的标准，在各个高度处，实测湍流风速谱在高频部分与Davenpo~谱通常模拟的风速谱需要接近Davenpo~谱或者Karman谱。及Karman谱都很接近，在低频部分与Karman谱更加接近，脉动风功率谱密度模拟结果如图2所示。从图中可以看出从而说明试验模拟得到湍流风速谱符合规范的要求。王洪兴等：建筑结构大气边界层风场风洞试验模拟13710o10苫1。、_10一l10—310-2l00，删，I，U(a】高度lOOmm(b)高度200ram10010o1O‘。

7、lOb、^10-210—210o10-l00，Ur／．厂U(c)高度300mm(d)高度400ram10a10o10’—bl0_b10-210—210-10~12loo1Jn，U(e)高度500ram∞高度600raml0010o10一l一1O一1bb、^S10210—210。，10310-210D10-ul0o，删U(g)高度700ram(h)高度800raml0010010一’10一bb、^S10一1O10一，1o_l，删n／U(j)高度900ram(j)高度lO00mm图2风洞中模拟的脉动风动率谱密度138低温建筑技术2012年

8、第6期(总第168期)CFD在夏季室内自然通风中的应用阿迪力·赛买提，王万江【新疆大学建筑工程学院．乌鲁木齐830047)【摘要】针对一般家庭中的典型客厅类型，运用计算流体力学方法对其夏季自然通风特性进行了数值模拟，分析