基于CAARC风洞测压试验的风场湍流积分尺度影响研究

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1、硕士学位论文基于CAARC风洞测压试验的风场湍流积分尺度影响研究STUDYONTHEINFLUENCEOFTURBULENCEINTEGRALSCALEBASEDONTHEWINDTUNNELPRESSURETESTOFCAARCMODEL王斌哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TU973学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文基于CAARC风洞测压试验的风场湍流积分尺度影响研究硕士研究生：王斌导师：刘红军教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大

2、学ClassifiedIndex:TU973U.D.C:624AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringSTUDYONTHEINFLUENCEOFTURBULENCEINTEGRALSCALEBASEDONTHEWINDTUNNELPRESSURETESTOFCAARCMODELCandidate：WangBinSupervisor：Prof.LiuHongjunAcademicDegreeApp

3、liedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要风洞试验中对于风特性模拟的准确性，在很大程度上决定了试验结果的准确性甚至合理性。大气边界层风特性的模拟主要有风速、湍流强度、湍流积分尺度等，其中以湍流积分尺度的模拟最为困难。目前在

4、风洞实验室采用被动模拟技术，考虑到湍流积分尺度的模拟精度较差，通常不将其列为目标风剖面的主要考量指标。这导致当风洞试验缩尺比较大时，模拟风场的湍流积分尺度会偏小，从而造成对最终试验结果的影响。随着高层建筑、大跨结构日渐兴起，结构风敏感性越来越突出，风洞试验中湍流积分尺度的准确模拟也越来越重要，因此有必要对其进行深入研究。为实现对湍流积分尺度的准确模拟，本文立足于被动模拟技术，首先对比研究流场的各项被动模拟策略，通过开展一系列风洞试验，对各被动模拟装置进行单参数分析。通过研究，建立各被动模拟策略与湍流积分尺度之间的关系，提出湍流积分尺度优化的4项准则。通

5、过优化被动模拟装置的布置方案，使模拟所得的湍流积分尺度平均提高50%左右，有效地改善了当前被动模拟技术的局限性。基于风洞试验，对比分析湍流积分尺度对测压试验结果的影响。首先采用本文提出的湍流积分尺度优化准则，在风洞中调试出湍流积分尺度1:2，其他参数基本保持一致的两类风场；利用两类风场对CAARC刚性模型进行测压试验，结果表明湍流积分尺度对建筑物负压区试验结果影响较大：其最大平均风压系数偏小率25%，最大脉动风压系数偏小率20%，体型系数偏小率10%~20%。基于本文试验结果，建议对在湍流积分尺度模拟偏小的情况下取得的负压区试验结果（风压系数、体形系数

6、）乘以1.1~1.2的修正系数。采用频域、时域分析的方法，研究积分尺度对高层建筑顺风向风致响应的影响。首先采用风洞试验得到的脉动风速功率谱对CAARC模型进行频域分析，结果表明湍流积分尺度模拟偏小会导致其对应的脉动增大因子偏小，从而低估来流风与建筑物的共振响应，最终确定本文算例中风振系数偏小率为10%左右，与时域分析得到的结果基本一致（15%）。接着，基于时域分析，确定积分尺度模拟偏小带来的结构顶层最大位移偏小率为10%，顶层最大加速度偏小率高达23%；同时，积分尺度较小对应的结构响应时程整体波动较小，利用该结果进行结构抗风设计非常不利。基于本文试验数

7、据，建议对高I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文层建筑进行顺风向响应分析时乘以1.1~1.2的湍流积分尺度安全系数，并考虑峰值响应次数出现偏少的影响。关键词：风洞试验；CAARC模型；湍流积分尺度；风压特性；结构风振响应II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheaccuracyofthesimulationofthewindcharacteristicsinthewindtunneltest,determinestheaccuracyandeventherationalityofthetestresults.Atmosphericbounda

8、rylayerwindcharacteristicsofthesimulationaremai