[01157256]紊流边界层风场内建筑结构风荷载大涡模拟方法

1 任务来源： 本项目是自选课题,进行紊流边界层风场内建筑结构风荷载大涡模拟方法研究。 2 应用领域和技术原理： 应用领域：土木工程防灾减灾 技术原理：基于计算流体动力学的最新成果,采用基于空间平均的大涡模拟方法,通过数值模拟进行基本参数选取;通过改进RFG方法和基于POD方法分别建立LES入流脉动合成方法,进行紊流边界层风场大涡模拟;以高层建筑大涡模拟与试验结果对比验证方法有效性。 3 性能指标： 1) 合适的模型参数设置是进行建筑结构风荷载大涡模拟预测的重要基础,本课题首先分析了各模型参数的影响,重点进行了亚格子模型和近壁面网格布置对LES数值模拟结果的影响研究及参数选取。 2) 通过引入大气边界层平衡自保持边界条件,对RFG方法进行改进,给出了一种较便捷的LES入流脉动合成方法;同时,针对流体并行计算的特点,通过引入改进已有的POD脉动风速时程生成方法,配合合适的空间插值方法,提出了一种适用于流体并行计算的LES入流边界条件合成方法。空计算域风场模拟结果表明,本课题方法可较好地模拟紊流边界层风场。 3) 建立了紊流边界层风场内建筑结构平均和脉动风荷载的大涡模拟实用方法,高层建筑结构大涡模拟与风洞试验结果的详细对比表明,本课题方法具有较高精度。 4、与国内外同类技术比较;成果的创造性、先进性： 处于边界层风场的建筑结构,紊流风场的准确模拟是结构风荷载预测精度的主要影响因素,而流场状态又对入流边界条件非常敏感,只有给出合适的LES入流脉动才可能得到准确的数值模拟结果。国内外已有的入流脉动合成方法中,辅助域方法合成过程相对较耗时,而多数直接合成方法则较难应用于并行计算。本课题建立了便捷的、适用于流体并行计算的LES入流脉动合成方法,可准确模拟紊流边界层风场,能够提高建筑结构风荷载的预测精度。 主要创新点： 1) 通过引入大气边界层平衡自保持边界条件对RFG方法进行改进,提出一种较便捷的LES入流脉动直接合成方法。 2) 针对流体并行计算的特点,基于POD脉动风速时程生成法,提出一种适用于流体并行计算的高效的LES入流边界条件直接合成方法。 3) 建立了预测紊流边界层风场内建筑结构平均和脉动风荷载的大涡模拟实用方法。