利用大涡模拟(LES)方法研究了顶部定常狭缝吸气对正方形截面有限长柱体的气动力与绕流特性的影响规律。对比了吸气系数Q=0、1、3时的气动力特性及绕流情况,尤其是自由端附近的流动结构。Q=U/U∞,其中U为吸气狭缝入口风速,U∞为自由来流速度。研究发现,顶部定常吸气可以有效地抑制三维柱体气动力,且Q=1时抑制效果最为显著,相对于无控制工况,时均阻力C D、脉动阻力C′D和脉动升力C′L分别减少了3.92%、19.08%和40.88%。在Q=1时,柱体自由端负压和压力脉动最为显著,有利于柱体两侧形成上升流;顶面压力脉动最强有利于自由端剪切流与尾流间的动量交换,可以有效地抑制柱体展向涡脱落,减小柱体气动力;同时柱体顶面流动出现再附分离现象;而在Q=3时柱体顶面大部分区域流动分离被完全抑制。

在模型高宽比(H/d)为5,基于来流风速U∞与模型宽度d的雷诺数Red=6.0×104时,通过风洞试验研究2种湍流边界层中正方形截面高层建筑简化模型的气动力特性,并对模型表面脉动风压进行本征正交分解法(POD)分析。研究结果表明:湍流边界层中模型时均阻力系数Cd的最大值出现在自由端附近,脉动升力系数C1’的最大值出现在模型中间高度附近。不同湍流边界层中模型侧面中间高度处平均风压系数Cp与脉动风压系数Cp’的分布差异较大;在湍流度较小的工况C中,脉动升力的周期性较强,两侧风压脉动由反对称状态主导;在湍流度较大的工况A中,模型侧面可能出现间歇性再附,两侧风压脉动转变为对称状态主导,脉动升力减小,且周期性减弱。