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2024-07-12

稳态流和瞬态流

稳态流不随着时间的推移是恒定的。 在数值计算中求解简化的 Navier-Stokes 方程,以获得风压场和速度场。

当风吹过高大细长结构时,例如烟塔、摩天大楼或桅杆,可能会产生短暂(不稳定)流。 在稳定连续风或达到临界风速的低湍流风作用下,结构后面会发生湍流现象。

涡流交替地从一侧流到另一侧。 这种有组织的涡流模式被称为卡门涡街。 随着涡旋的脱落,在结构的顺风侧产生交替的低压区,并产生垂直于风向的脉动力,看 Vortex Shedding。 结果,在中等和频繁的风速下,结构可能会发生大的振动,结构可能会承受大量的应力循环,这些会导致疲劳损伤,并且可能在没有达到极限应力状态时结构失效。

由于结构的自振频率与结构的自振频率有关, 当这两个频率相等时,发生共振,结构在垂直于风向的方向上进行较大的振动。

考虑到由旋风引起的损失,在结构设计中必须要对瞬态风流进行模拟。 改变结构的几何形状可以打断相关的开口现象,并与刚度一起,可以最大程度地减少风效应问题。 在不进行昂贵的风洞试验的情况下,可以通过RWIND 3Pro中的数值CFD计算来模拟瞬态风流和结构几何形状的影响。 使用数值模拟的好处是可以经济地检查许多情况和设计。 [1] [2]

短暂的风行为也会影响建筑物周围的小气候。 在城市地区的行人环境风舒适性受到多种风的影响,例如风洞节流或风湍流。 此外,使用RWIND 3Pro可以对这些问题进行模拟,参见步行街的风舒适度,您可以在知识库中找到。

对于瞬态流的模拟,RWIND 3使用标准OpenFOAM®求解器中的一种特殊求解器(由CFD Support开发的“BlueDyMSolver”,称为“PimpleFoam”)。


参考
  1. Giosan I., & Eng P. (2005)。 独立结构上的振动荷载
  2. Fu, F. (2018): 高层和复杂结构的设计与分析。 Elsevier Science&Technology。
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