風沙繞流群體建筑物的數(shù)值模擬研究

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1、風沙繞流群體建筑物的數(shù)值模擬研究摘要[1]沙塵暴是我國北方地區(qū)的主要環(huán)境災害之一，主要集中在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆和寧夏等地區(qū)，其對大跨、輕質(zhì)建筑物結構的影響不容忽視，風沙流載荷已經(jīng)成為此類建筑物結構設計中重點考慮的主要載荷之一，因此風沙繞流對建筑物的影響越來越受到重視。然而，風沙流體的運動形式十分復雜，其對建筑物的影響屬于復雜鈍體繞流問題。國內(nèi)外學者對風沙繞流建筑物的研究起步較晚，觀測資料少且不全面，現(xiàn)有的科研成果很不成熟，缺乏系統(tǒng)的理論體系。隨著計算機硬件和軟件的飛速發(fā)展，運用計算機模擬方法研究風沙繞流對建筑物的影響逐漸成為風沙學領域新的研究

2、熱點。本文首先研究流體的基本特征，學習流體力學分析方法?；陲L沙運動的基本特征，分析沙粒受力物理模型，基于大渦模擬方法的歐拉-拉格朗日模型，探索多相流動控制方程。采用有限元分析軟件Fluent以及其通用的前處理軟件Gambit，對某小區(qū)建筑物群進行風沙繞流數(shù)值分析，模擬結果以壓力云圖、等壓線圖和流線圖顯示。在建筑物表面設置監(jiān)測點，采集建筑物群在不同流速下所承受的壓力值，并且預測沙粒對建筑物磨損。通過模擬沙粒流線軌跡，預測沙粒堆積區(qū)域。開展風洞試驗，在仿真模型的相同位置上布置測點，采集測點壓力值，在建筑物模型附近布置沙粒堆積測點，采集沙粒質(zhì)量。

3、通過與計算機仿真所得數(shù)據(jù)進行對比分析，驗證模擬仿真結果的準確性。本文所開展的具體工作如下：1）研究多相流體特征和歐拉-拉格朗日模型，推導兩相流體控制方程，建立數(shù)學模型。2）設計合理的計算域，采用Gambit軟件做前處理，根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計資料，使用UDF定義入口速度、湍流強度、湍動能、耗散率和湍流頻率；根據(jù)壓力云圖和等壓線圖預測沙粒對建筑物磨損；在建筑物表面不同高度處設置多個測點，在仿真過程中監(jiān)測測點壓力，計算出不同風沙流速度對建筑物的影響；并根據(jù)顆粒運動軌跡預測沙粒堆積效應；開展風洞試驗，采集相同測點處的壓力值，并觀察沙粒堆積狀態(tài)，與計算機仿真

4、的數(shù)據(jù)進行對比分析。3）計算結果以云圖、等壓線圖、測點壓力分布圖和流線圖顯示，并分析實驗結果，為小區(qū)建筑物結構的設計提供重要參考。關鍵詞：風沙流；歐拉-拉格朗日模型；Fluent；仿真計算IINumericalSimulationResearchofFlowFieldofWindwithSandsaroundBuildingsAbstractSandstormisamajorenvironmentaldisasterinnorthern，ChinaCentralAfrica,NorthAmerica,Australia,andCentralA

5、siaisamajorareaoccurred,Itslargespan,lightweightconstructionbuildinginfluencecannotbeignored,Sandflowloadisfocusedonbuildingthestructuraldesignconsiderations,Moreandmoreattentionontheimpactoftheflowsandaroundthebuilding.However,themovementofsandfluidisverycomplexform,Effect

6、offlowaroundabluffbodybuildingisverycomplex.China'sexistingresearchonsandstormfluidofalatestart，theexistingresearchisveryimmature,lackofsystematictheoreticalsystem.Therefore,theuseofnumericalsimulationstudysandflowaroundthebuildinghasgraduallybecomeanewhotspotsandfield.Base

7、dontheessentialfeatureoffluid,thefluidanalyticalmethodisstudied.Bystudyingtheessentialcharacteristicoffluidmovement,thearticleresearchestheimpactonbuildingsbythemethodofnumericalsimulation.Basedontwo-fluidtwo-phaseflowmodel,thegoverningequationsofmultiphasearestudied.Byusin

8、gFluentandGambit,thenumericalsimulationexperimentisconducted.Thesimulationresultis