为研究运动桥梁断面气动力的非线性特性,基于CFD模拟桥梁断面在不同振幅下的强迫振动,并对各工况下断面压力进行主分量分析。研究结果表明,振动幅值不同程度改变了桥梁断面压力第一主分量曲线,由主分量分析可知,大幅振动下的桥梁断面脉动压力与振幅间存在非线性关系;采用数值仿真识别颤振导数,强迫振动幅值不宜大于0.02倍模型宽,尝试从机理上进行了解释;大幅振动下的气动力与振动幅值间的关系存在明显非线性特性,而这种非线性对实际工程的影响有待结合试验进一步研究。

作为大涡模拟(LES)的唯一模型参数,经验Smagorinsky常数(CS)与特定的流动条件有关。为研究扁平箱梁气动特性LES的合理CS取值,开展了CS值在0.032~0.7范围以及动态亚格子黏性模型的多工况LES模拟,通过与风洞试验结果的对比,分析了主梁气动特性随CS值的变化。研究认为CS值不同时主梁表面压力和气动力的平均值差别不明显,其结果也与风洞试验吻合良好;但CS值的变化对主梁表面压力和气动力的均方根(RMS)值影响明显,结果也与风洞试验存在较大差异,CS值增大导致气动力脉动降低甚至无脉动;LES采用动态亚格子黏性模型无法给出主梁涡脱和表面压力的合理估计。在0.064≤CS≤0.27区间,LES均能给出与风洞试验一致的主梁涡脱单频和St值估计;从捕捉流动的非定常特性考虑,建议CS在上述范围内取小值。研究认为,CS增大导致亚格子湍流黏性增大,流动的耗散作用增强,降低了LE...

为研究两自由度薄平板大幅运动的气动特性,评价其气动稳定性,基于任意拉格朗日‑欧拉描述法的动网格技术,通过有限差分法求解描述任意流变区域不可压流动的控制方程,开展了不同折减风速下薄平板竖弯和扭转运动绕流场的CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟。研究认为,单自由度薄平板小幅运动的气动力系统是线性和稳定的,即使单自由度大幅竖弯运动也是线性和气动稳定的。但单自由度大幅扭转运动的平板气动力系统出现非线性,并随折减风速的提高非线性变得显著,且平板将进入气动不稳定状态。另外,大幅扭转耦合不同竖弯振幅运动的平板,气动力系统均为非线性并随折减风速的提高越加显著,而该非线性主要来自扭转自由度的大幅运动;对该两自由度耦合系统,当竖弯振幅较小和折减风速较高时,气动力系统是不稳定的;但当竖弯振幅较大时,气动力系统...

为揭示超高层建筑气动噪声产生的机理及空间分布特征,利用大涡模拟,在大气边界层内求解超高层建筑绕流场,结合FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程的声类比法进行了超高层建筑周围声压场的数值模拟.研究发现:超高层建筑每个面均是偶极子声源,气动噪声是由建筑表面的偶极子声源产生,且受建筑表面风压主导,顺流向和横风向的脉动压力分别主导相应方向的声场辐射强度;气动噪声沿高度方向先增大后减小,在0.7倍建筑高度附近噪声达到最大值;在相同高度和离建筑表面相同距离的不同空间点,当空间点面对建筑迎风面时总声压级最大、背风面次之,侧风面最小;随着空间点与建筑距离的增大,空间点总声压级快速衰减,且横风向较顺风向衰减更快.研究认为:大涡模拟和声类比相结合的方法能合理预测超高层建筑的气动噪声;优化气动外形,降低建筑表面风压是降噪的...

桥梁节段模型试验研究的顾虑之一,是制作扁平箱梁节段模型时各个棱角制作误差,比如棱角圆化对其气动力和涡脱特性的影响,但至今未见相关报道。该研究采用雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程和SST k-ω湍流模型对大带东桥主跨扁平钢箱梁开展了计算流体动力学模拟(CFD)。在节段模型制作误差可能导致的棱角圆化半径范围内,对比了加劲梁绕流形态、平均气动力系数和漩涡脱落S t数。研究表明:扁平箱梁棱角小半径圆化时半径的增大使得局部流动的分离强度减小,但分离点位置不再固定;模型棱角圆化对扁平箱梁平均气动力和漩涡脱落S t数的影响可忽略不计;前缘棱角圆化后加劲梁气动特性的Re效应不明显。研究认为,可不考虑加劲梁风洞试验模型棱角小半径圆化对主梁气动特性的影响,因而CFD模拟时加劲梁风嘴前缘棱角可作小半径圆化处理,以降低网格数量、提高...

采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary La grangian-Eulerian,ALE)描述法,推导了二维流变区域不可压流体流动的控制方程。基于刚性断面边界特点,简化得到了薄平板强迫振动绕流场控制方程,采用有限差分法开展了薄平板大幅强迫扭转振动的CFD模拟。研究发现,薄平板小幅扭转振动气动力呈线性特性,但大幅扭转振动气动力非线性显著,且气动力非线性随来流折算风速的增大而变得显著。从一个周期内气流做功来看,虽然大幅扭转振动时薄平板转动轴到后缘是耗散气流能量的气动稳定区,但当折算风速较高后,上游侧的半个薄平板表面变为气动不稳定区,此时气流对整个薄平板所作总功由负变为正,薄平板将从气流中吸收能量。研究认为,当折算风速较高时,大幅扭转振动的薄平板将进入气动不稳定状态。