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《西安建筑科技大学》 2011年
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环境模拟实验室中利用阻尼网形成大气近地面层的研究

曾波  
【摘要】:本文以某环境模拟实验室为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,研究利用阻尼网在实验室模型实验区内形成中性大气近地面层的可行性。 数值模拟使用商用CFD软件进行计算,采用k-ε双方程湍流模型对所研究的问题进行求解。为解决由于阻尼网较薄和风机与实验室耦合计算而导致的网格单元总数庞大的问题,一方面根据Forchheimer方程,将阻尼网作为多孔介质进行处理;另一方面对风机模型与实验室模型分别进行数值求解,风机对实验室流场的影响通过速度Profile来实现。在强烈影响流动的多孔介质区域和模型实验区域进行了网格加密处理,总网格数为1924180。此外,在确定定孔隙率阻尼网的布置方案时,采用变孔隙率阻尼网作为指导,孔隙率的变化方式由UDF控制。同时,在模型实验区内部,选取特征截面进行布点测量,并将实测结果与数值模拟结果进行了比较分析。 数值模拟与实验研究的结果表明,在CFD软件中,阻尼网可以采用多孔介质模型进行研究;可以利用定孔隙率阻尼网在短实验段内实现风速廓线;在保证进口流量相等的情况下,不同流动特性的来流在通过阻尼网后,在阻尼网下游几乎可以得到相同流动特征的流场,即可以忽略来流特性对下游流场造成的影响。一般而言,阻尼网阻力越大,来流特性对下游流场的影响越小,但这样也会大大削弱气流的能量。另外,由于定孔隙率阻尼网的组合会造成阻尼网截面高度方向上阻力的不均匀性,在阻力突变的位置,阻尼网下游会出现湍流强度突然变大的峰值现象,但由于湍流的耗散作用,随着下游距离的增大,峰值会逐渐消失,整体湍流强度也会减小。数值模拟结果与实测结果的相对偏差被控制在15%以内,表明采用定孔隙率阻尼网形成大气近地面层的方法可行。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S157

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