《超高層建築三維風荷載的吸/吹氣控制研究》是依託哈爾濱工業大學，由鄭朝榮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超高層建築三維風荷載的吸/吹氣控制研究
- 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：鄭朝榮
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為減小超高層建築的風荷載和風致回響，改善結構的抗風性能，採用風洞試驗與CFD數值模擬相結合的方法，對超高層建築三維風荷載的吸/吹氣控制進行系統深入的研究。基於大氣邊界層中的真實入流湍流和FLUENT軟體中的LES方法構建吸/吹氣控制下超高層建築脈動風荷載的數值模擬技術，為進一步研究超高層建築吸/吹氣模型的脈動風荷載和橫風向旋渦脫落特性奠定基礎。分析吸/吹氣控制的幾何參數（包括開孔位置、開孔寬度和高度等）和流量參數（包括吸/吹氣角、吸/吹氣流量係數和順風向吹氣動量係數等）對三維風荷載特性的影響規律，探索影響模型風荷載減阻和減振性能的控制性參數，並結合吸/吹氣控制下模型周圍的流場和渦量場闡明吸/吹氣控制機理。以抗風設計為目標，擬合風荷載折減係數的經驗公式，確定最優吸/吹氣控制方案，並提供超高層建築風荷載吸/吹氣控制的實用抗風設計思路，為相關的工程套用和規範修訂提供參考。
結題摘要
高強輕質材料的廣泛套用和新型結構體系的出現，使得超高層建築向著越來越高、越來越柔、阻尼比越來越小的方向發展，逐漸成為風敏感性結構，抗風設計已成為需重點考慮的關鍵因素。為減小超高層建築的風致阻力，改善結構的抗風性能，本項目採用風洞試驗和CFD數值模擬相結合的方法，對全高或沿高度分段吸/吹氣控制下超高層建築的平均風荷載特性和脈動風荷載特性進行了研究。本項目順利地完成了預期研究內容和研究目標，取得了如下研究成果：（1）在參考航空航天和流體機械領域已有的吸/吹氣控制試驗裝置的基礎上，根據試驗要求和場地條件設計了一套吸/吹氣兩用的控制系統和管道，實現了超高層建築模型上部吸/吹氣控制的風洞試驗。（2）進行了上部吸/吹氣下超高層建築的剛性模型風洞試驗研究，分析了不同風向角下吸/吹氣控制的幾何參數和流量參數對模型平均風荷載特性和脈動風荷載特性的影響規律。（3）基於風洞試驗結果驗證了CFD數值模擬方法的可行性，並通過CFD數值方法進行大規模的參數分析，確定吸/吹氣控制對氣動力參數、側風面流動分離和橫風向旋渦脫落特性的影響規律和控制效果，闡明了吸/吹氣控制機理。（4）將大氣邊界層中的“真實”湍流作為LES數值計算的入流邊界條件，以風洞試驗結果為基準，在FLUENT軟體中選取合適的數值參數和格線條件，獲得 LES 的精確數值模擬方法，從而構建了吸/吹氣控制下超高層建築脈動風荷載的數值模擬技術。（5）以抗風設計為目標，確定了風荷載折減效應的控制參數，擬合了風荷載折減係數關於吸/吹氣控制參數的經驗公式，並討論了吸/吹氣控制在超高層建築抗風設計中實際套用的可行性及具體實施辦法。（6）在國內外學術期刊和學術會議上發表/錄用了學術論文7篇，其中被SCI或EI檢索4篇。參與編寫專著/教材一本，申請發明專利一項，培養碩士研究生畢業2名。
