【摘 要】
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随着气候环境变化,以下击暴流为代表的强对流天气灾害在强度、频率和复杂性方面逐渐增加。下击暴流常伴随雷暴发生,高空中冷暖气流交锋产生高速俯冲气流冲击地面,在近地面形
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随着气候环境变化,以下击暴流为代表的强对流天气灾害在强度、频率和复杂性方面逐渐增加。下击暴流常伴随雷暴发生,高空中冷暖气流交锋产生高速俯冲气流冲击地面,在近地面形成强风荷载,其独特的风场结构对广告牌、输电线塔等建筑结构造成严重破坏,给社会带来严重人员伤亡和经济损失。我国现行荷载规范缺乏对下击暴流极端风荷载计算有效指导,开展下击暴流研究可为工程应用提供一定参考价值。本文采用CFD数值模拟方法对下击暴流作用下广告牌结构风压分布问题进行研究,分析不同风向角(α)和径向距离(R)等参数对结构风压分布特性以及周围流场的影响。主要研究工作如下:(1)单立柱双面式广告牌表面风压分布数值分析。主要研究径向位置和风向角两个关键参数对广告牌结构表面风压分布的影响规律,分析面板不同高度处风压系数分布规律,并对广告牌周围流场随风向角演变特性展开讨论。结果表明,模型置于风口正下方时各表面均承受较大压力,随径向距离不断增大,迎风面风压系数逐渐减小,背风面后方旋涡随径向风速减小强度逐渐减弱。随风向角发生改变,广告牌表面风压系数分布发生显著变化,迎风面受高压区域面积和最大风压系数逐渐减小。风压系数逐渐由对称转变为不对称分布,均在靠近风场一侧达到峰值,随后沿远离风场一侧不断减小。随着风向角逐渐增大,气流扩散受到的阻力逐渐减小,旋涡逐渐消失,大部分来流顺着倾斜角度流向远离风场一侧,背风面尾端风速逐渐减小,流动会发生再附现象。(2)单立柱三面式广告牌表面风压分布数值分析。结果表明,模型置于风口正下方时,广告牌内外表面均承受较大压力,内部压力相对较大。各表面受到的压力和吸力均在径向风速最大处(R=1Djet)达到峰值,随径向距离逐渐增大,数值不断减小。当α=0°时,广告牌与来流方向垂直接触的边角交界处均发生分离现象,受上下两侧高速来流阻力作用,广告牌内部区域形成旋涡,内表面均受到吸力作用,同时背风面气流在广告牌后方形成旋涡。随风向角增大到α=30°,来流垂直接触靠近风场一侧立面,结构表面承受较大压力,前后叠加最大总风压系数由1.53增大至1.60,两侧面板前端均会生成旋涡而产生负压。(3)单立柱四面式广告牌表面风压分布数值分析。结果表明,迎风面风压分布规律与双面式结构基本一致,随径向距离不断增大,峰值风压系数随之逐渐减小,流动在两侧面板前端均会发生分离现象,风压系数均为负值。随着风向角不断增大,来流垂直撞击左侧面板的区域不断减小,左侧面板内立面靠近风场一侧受到吸力逐渐变大,面板前后总风压系数最大值出现位置逐渐往靠近风场一侧移动。扩散气流在广告牌内部区域形成的旋涡逐渐往下方移动,背风面风速相对较低,流动发生再附。
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