《複雜山地地形下擊暴流風場及其風荷載特性研究》是依託重慶大學，由汪之松擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：複雜山地地形下擊暴流風場及其風荷載特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：汪之松
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
下擊暴流是一種世界範圍內普遍存在的災害性天氣，是造成結構物風致破壞的極端大氣運動現象之一。本項目擬基於風洞試驗和高性能計算機系統平台的高精度CFD 模擬計算，開展複雜山地地區下擊暴流風場以及建築物表面風荷載等方面的研究：採用衝擊射流模型建立數值風洞，研究不同下沉氣流尺度、速度等情況下單個三維山體（山坡）的下擊暴流近地風場模型，給出具體的風場表述形式；基於數值風洞結果，建立複雜山地地形（多個山丘、懸崖、峽谷等山地地形的組合）的下擊暴流近地風場模型，研究山丘之間的山谷、山丘與峽谷相鄰處等關鍵位置風場表達形式；風洞試驗與數值模擬相結合的方法研究不同截面形狀、高寬比的典型建築物在複雜山地地區下擊暴流風場作用下的風荷載特性，建立其風荷載計算理論。
結題摘要
下擊暴流是一種世界範圍內普遍存在的災害性天氣，是造成結構物風致破壞的極端大氣運動現象之一。本項目圍繞山地地形的下擊暴流風場特性和該類風場作用下的建築物風荷載特性展開研究。主要研究手段包括基於穩定衝擊射流的物理試驗模擬和基於計算流體技術的數值模擬。在風場特性研究部分，考慮了平地和山地地形（主要坡地和山體）兩種情況下各類射流參數與相對位置參數對平均風豎向和水平向剖面、湍流度剖面和湍流相關性等特性的影響，給出了適用範圍更廣的風剖面表達式。在建築物風荷載特性研究部分，考慮了低矮房屋、多層、高層和超高層等典型建築，在平地和山地地形下，不同徑向位置處的表面風壓情況，給出了典型高層建築物的風荷載譜模型。主要研究結論如下： （1）採用靜止型衝擊射流模型試驗模擬穩態雷暴衝擊風風場，測試結果表明穩態雷暴衝擊風徑向風速剖面為“鼻子狀”，與大氣邊界層指數率平均風速剖面存在較大差異。根據測試得到的平地工況徑向平均風速結果，針對現有雷暴衝擊風徑向風速模型不適用於所有徑向位置的缺點，提出了沿徑向變化的徑向平均風速剖面模型。 （2）地形對雷暴衝擊風風場影響較大。與平地工況相比，坡地地形檐口位置存在約為1.2倍的徑向風速加速效應；山地地形在山體頂部的風剖面和加速因子曲線特點與坡地的一致，且同坡度的山頂和坡頂的加速因子曲線基本吻合。但總體來說山地地形對於風場的影響範圍較坡地地形更廣。 （3）採用大渦模擬方法對平地和坡地地形雷暴衝擊風瞬態風場進行數值模擬，結果表明，前端渦旋的發展對雷暴衝擊風瞬態風場有決定性的作用。根據大渦模擬得到的平地工況雷暴衝擊風豎向風速結果，給出了各徑向位置處雷暴衝擊風豎向風速剖面數學模型。 （4）非穩態風場數值模擬中，利用大渦數值模擬方法在速度入口處引入一個更符合雷暴衝擊風演化過程的速度衰減函式，得到了與實際雷暴衝擊風相似的流場瞬態特性，以及雷暴衝擊風場整個生命周期及衰減過程的詳細信息。 （5）基於物理試驗和數值模擬，研究了下擊暴流風場中各類建築外形參數，如高寬比、寬厚比以及低矮房屋的邊長對建築物表面風壓影響，給出了建築迎風面、側風面以及背風面的風壓變化規律。 （6）通過雷暴衝擊風作用下高層建築測壓試驗，給出了地形對高層建築表面風壓特性的影響規律。總結了各方向上建築層風荷載的變化規律，並由此給出了高層建築層風荷載均值、根方差、功率譜及相干函式的數學模型。
