龍卷風(fēng)風(fēng)場與結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載CFD數(shù)值模擬.pdf

1、龍卷風(fēng)作為雷暴等極端氣候的產(chǎn)物，有著生消迅速、難于監(jiān)控、威力驚人等特點，且其在全球范圍分布廣泛并有隨氣候惡化而愈加頻繁出現(xiàn)的趨勢。人類通過災(zāi)后調(diào)查、雷達(dá)觀測等手段已積累了較為豐富的龍卷風(fēng)預(yù)報經(jīng)驗并完善了相應(yīng)的防范機制，但是龍卷風(fēng)復(fù)雜的流場結(jié)構(gòu)和多樣的破壞模式使得研究人員很難在短期內(nèi)完全了解其發(fā)生機理及作用方式。本文采用基于計算流體動力學(xué)（CFD）的數(shù)值模擬研究龍卷風(fēng)場下近地面處流場結(jié)構(gòu)及其對建筑物風(fēng)荷載的影響。本文的系統(tǒng)研究成果為建筑物

2、的抗龍卷風(fēng)設(shè)計提供嶄新的途徑和手段，豐富和發(fā)展結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計理論。本文具體研究內(nèi)容如下：
　　通過分析現(xiàn)有龍卷風(fēng)的實驗室模擬裝置，基于通用商業(yè)CFD軟件建立了龍卷風(fēng)發(fā)生裝置的數(shù)值模型，基于柱坐標(biāo)的流場計算域包括三個子區(qū)域：底部入流區(qū)、中部對流區(qū)及上部出流區(qū)。
　　以Spencer龍卷風(fēng)的雷達(dá)實測數(shù)據(jù)作為入口邊界條件，力求再現(xiàn)真實的龍卷風(fēng)風(fēng)場，并著重研究了影響龍卷風(fēng)特性的網(wǎng)格劃分、湍流模型和邊界條件等 CFD數(shù)值模擬方面的影響因

3、素，從而確立了龍卷風(fēng)風(fēng)場 CFD數(shù)值模擬的相關(guān)參數(shù)。
　　研究入口風(fēng)速剖面和入射角剖面的變化對龍卷風(fēng)風(fēng)場結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，進(jìn)而獲得不同尺度和不同強度的龍卷風(fēng)風(fēng)場模擬方法，采用核心半徑刻畫龍卷風(fēng)風(fēng)場的尺度，采用最大切向速度刻畫龍卷風(fēng)風(fēng)場的強度，并通過渦流比沿高度變化規(guī)律闡釋實際不同形狀龍卷風(fēng)的形成規(guī)律。
　　，研究龍卷風(fēng)風(fēng)場中單體建筑物的風(fēng)荷載分布特性考慮了建筑物所處距離龍卷風(fēng)中心處不同位置和不同風(fēng)向角對建筑物表面風(fēng)壓系數(shù)和整體