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大气边界层的风洞被动模拟研究

辛金超  
【摘要】: 正确地进行大气边界层的模拟,是确保建筑风洞试验结果可信的必要条件。哈工大风洞与浪槽联合实验室已经建成,有必要在其中进行大气边界层的模拟。 大气边界层的模拟方法主要有主动模拟方法和被动模拟方法,前者包括多风扇风洞技术与振动尖塔技术,后者采用尖劈、粗糙元、挡板、格栅等装置进行模拟。被动模拟技术较为经济、简便,所以得到了广泛采用。 本文采用被动模拟方法研究了利用尖劈和粗糙元对大气边界层进行模拟的规律,并最后得到符合规范的四类地貌布置方式,论文的主要工作如下: 1.总结了大气边界层模拟的主要方法,包括主动模拟方法和被动模拟方法,并分析了各类方法的优缺点与运用手段。 2.设计并加工了尖劈、粗糙元,对其在风洞中的使用进行了说明,在此基础上制定了详细的测量方案和数据处理方法。 3.探讨了尖劈的形状、布置方式以及粗糙元的尺寸、布置方式对边界层模拟结果的影响,得到了一些定性的结论,并确定了调整风速剖面和湍流度剖面的关键参数:尖劈的形状对风速剖面起了主导作用、尖劈的间距较大幅度地影响整个高度的湍流度、粗糙元对风速的影响范围为其5倍的高度。利用大粗糙元靠近尖劈摆放,其效果接近于改变尖劈的形状,可以改变风速剖面,同时增大风洞底部湍流度,其摆放的排数与影响效果存在单调变化趋势,可以根据需要调节,排数越多,底部相对风速越小、湍流度越大。这些经验性的结果为大气边界层的进一步模拟和调整提供参考。 4.设计并开发了哈工大风洞边界层模拟数据库,可以快速查询ABCD四类地貌的模拟结果,使数据结果集成化,便于继续使用。


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