《大跨橋樑風致顫振的吸氣繞流控制》是依託哈爾濱工業大學，由辛大波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大跨橋樑風致顫振的吸氣繞流控制
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：辛大波
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
借鑑航空領域中利用主動改變繞流邊界層結構以改善飛行器空氣動力特性的思路，針對大跨橋樑風致顫振穩定性這一突出問題，提出基於橋樑斷面主動繞流控制的吸氣方法。通過在橋樑斷面安裝吸氣裝置，並利用外界能量提供裝置吸氣氣流，來改善大跨橋樑在大氣邊界層來流風場作用下的斷面繞流結構，改善斷面繞流品質，從而提高大跨橋樑顫振穩定性。首先，研究吸氣與大跨橋樑顫振穩定性物理關係；然後，研究吸氣作用下橋樑斷面繞流風場數值模擬；之後，建立橋樑節段模型吸氣試驗系統；最後，研究定常吸氣對提高大跨橋樑顫振穩定性以及改善橋樑其它風致特性的有效性。本項目研究的吸氣方法通過主動改變作用於斷面的氣動力來實現大跨橋樑抗風能力的提高，其工作原理具有改善氣動力更直接且針對性更強的特點。本項目的研究成果將豐富和發展風工程理論，提升我國重大工程防災減災基礎理論研究水平。
結題摘要
本課題從主動流動控制角度研究基於定常吸氣作用的大跨橋樑風致顫振抑制方法。採用理論分析、數值計算與風洞實驗相結合的手段，研究了定常吸氣對於改善大跨橋樑主梁風致靜力，提高顫振穩定性的有效性。主要研究成果如下： （1）研究了橋樑扁平箱梁斷面邊界層控制的基本問題。首先，從流體邊界層基本理論入手，分析了橋樑扁平箱梁斷面邊界層特點；然後，根據邊界層控制基本方法，針對大跨橋樑結構的風致靜力與動力問題，提出了基於邊界層改變進而改善大跨橋樑空氣動力學特性的指導原則與基本方法；最後，針對大跨橋樑顫振穩定性這一突出問題，通過實例探討了橋樑風嘴改變對顫振穩定性的影響，並分析了產生影響的原因。 （2）研究了橋樑斷面在吹吸氣方式下的流場數值模擬方法，並提出了利用定常吸氣手段減小橋樑斷面阻力，提高橋樑顫振穩定性，進而提高橋樑抗風能力的方法。首先，給出了橋樑斷面吸氣孔及其它相關參數的設定方法；然後，考慮了基於CFD數值方法模擬外流與吸氣共同作用下的橋樑斷面繞流風場在計算上的特殊性，並實現了吸氣下橋樑斷面繞流風場的數值模擬；之後，通過對橋樑斷面模型吸氣作用下靜力特性的實例計算，得出了吸氣對於風流作用下橋樑靜力作用的影響規律，並在吸氣下斷面風場模擬的基礎上，實現了吹氣作用下橋樑斷面繞流風場的模擬，且得出了吹氣對風流作用下橋樑斷面靜力作用的影響規律。最後，通過對吸氣作用下虎門大橋顫振穩定性的計算，得出了定常吸氣對大跨橋樑顫振穩定性的影響規律。 （3）以實現結構斷面吸氣繞流控制為目標，開發了可實現風洞試驗模型斷面吸氣功能的吸氣發生設備，給出了吸氣發生設備的工作原理、系統組成、工作過程以及設計方法。 （4）以研究吸氣對於改善橋樑斷面繞流品質，以及提高大跨橋樑抗風能力的有效性為目的，研究給出了風致繞流物體的吸氣與定常吸氣定義，提出了用以描述物體吸氣狀態的吸氣模式、當量吸氣速度、吸氣係數等基本參數。通過大跨橋樑主梁風洞試驗，驗證了定常吸氣對於改善大跨橋樑主梁風致靜力特性、顫振穩定性的有效性。
