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《山區(qū)峽谷橋址處風場實測與數(shù)值模擬研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、山區(qū)峽谷橋址處風場實測與數(shù)值模擬研究摘要：為準確模擬山區(qū)峽谷橋址處的三維紊流風場，以澧水大橋所在峽谷為工程背景，將現(xiàn)場實測風場用諧波合成法進行等效處理生成了滿足峽谷風場特性的隨機來流，然后基于對Fluent的二次開發(fā)，將生成的隨機來流賦予大渦模擬的入口邊界。通過對比本文方法和無脈動入口計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本文方法更能體現(xiàn)山區(qū)峽谷風場的真實流態(tài)，最后在本文方法基礎(chǔ)上對不同風向角作用下的山區(qū)峽谷橋址處風場進行了數(shù)值模擬，得到了峽谷橋址處風場的詳細分布特性，可為山區(qū)峽谷地形紊流場精細化數(shù)值模擬提供參考。關(guān)鍵詞：山區(qū)峽谷；諧波合成；現(xiàn)場
2、實測；脈動風速;大渦模擬中圖分類號：TU311.3文獻標識碼：A隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，越來越多的大跨度橋梁建成并投入使用。在復(fù)雜的峽谷地區(qū)，由于地形起伏大、地貌多樣，風環(huán)境極為復(fù)雜，平原、海洋地區(qū)通常使用的各向同性地貌條件對山區(qū)峽谷地區(qū)風場的描述不再適用。橋址處風場受周邊山體影響，有顯著的非定常效應(yīng)，風場脈動劇烈，紊流風引起的風致振動問題相比于跨江、跨海橋梁更顯突出，而目前人們對這些地區(qū)的脈動風場分布研究還相對較少，現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)還不足以形成規(guī)范性的條文。因此，加強對山區(qū)峽谷橋址處的風特性認識已成為了廣大研究者關(guān)注的焦點問
3、題之一。目前，對山區(qū)峽谷風場的研宄手段主要有現(xiàn)場實測、風洞實驗和數(shù)值模擬?，F(xiàn)場實測是對峽谷風場研究最為直接和有效的方法，許多學者對其展開了工作，本文以澧水大橋所在峽谷為研宄背景，用現(xiàn)場實測的方法對橋址所在峽谷進行了風速監(jiān)測，然后運用諧波合成法將現(xiàn)場實測風場進行等效處理后賦給數(shù)值模擬的人口邊界。現(xiàn)場實測據(jù)雖然可為數(shù)值模擬和風洞實驗提供寶貴的參考，但是其不足的是實驗條件難以控制、投資較大、管理維護困難、監(jiān)測周期長。與現(xiàn)場實測相類似，風洞實驗也是山區(qū)峽谷風場研究的重要手段，風洞實驗雖然具有多工況、可重復(fù)等優(yōu)點，但由于物理風洞本身
4、尺寸的限制，對于大區(qū)域山體地形，即使將風洞試驗?zāi)Ｐ捅壤s小到最小尺度，在模型邊界上仍然會出現(xiàn)人為的峭壁，同時，也無法保證來流入口邊界條件與實際情況一致，從而導(dǎo)致結(jié)果失真，特別是在大比例模型試驗中變換風向角時的計算準確性尤其值得商榷。相比現(xiàn)場監(jiān)測和風洞實驗，計算流體動力學方法發(fā)展很快，已被越來越多的研宄者所應(yīng)用。由于數(shù)值模擬不受時間和空間限制，具有可重復(fù)、消耗人力物力資源少等優(yōu)點，許多學者對其展開了研究。對于復(fù)雜山區(qū)峽谷風場，CFD雖然具備模擬大區(qū)域地形的優(yōu)勢，但依然存在一系列問題，如人口邊界的合理給定問題，針對該問題的研宄
5、，Maurizi等用1/10的斜坡作為氣流過渡段來處理入口邊界峭壁問題，但其斜坡形式較為簡單，適用性有待驗證；胡朋等采用曲線過渡段的辦法對峽谷人口進行處理，不足的是這種辦法會引起人為的來流風攻角。相比平原或洋面風場，山區(qū)地形風場的值模擬涉及分離流、高雷諾數(shù)湍流和強三維流動等復(fù)雜的空氣流動，其核心是湍流問題。上述學者用雷諾平均湍流模型對其進行研究，其時均化過程中丟失了大量的脈動信息。目前普遍認為比較有潛力的大渦模擬在計算風工程中體現(xiàn)出優(yōu)越性，但LES的合理脈動人口給定還有待進一步研究，Uchida和Ohya采用大渦模擬的方法
6、對9.5km><5km區(qū)域范圍內(nèi)空氣流動進行數(shù)值模擬，使用粗糙元制造脈動風，但其粗糙元的擺放產(chǎn)生的脈動風場可調(diào)性差，與實際的邊界條件仍存在一些出入，而正確的人口脈動信息給定是計算結(jié)果正確性的重要保證，因此，山區(qū)峽谷風場特性數(shù)值模擬時人口邊界條件中脈動的合理施加是當前數(shù)值模擬方法迫切需要解決的關(guān)鍵問題。本文以澧水大橋所在峽谷為研究背景，建立了山區(qū)峽谷風場實時監(jiān)測系統(tǒng)，對橋址上游及橋址附近風場進行了真實有效的記錄，基于諧波合成法將監(jiān)測的實際風場進行等效，通過對商業(yè)軟件Fluent進行二次開發(fā)，較好地處理了山區(qū)峽谷風場數(shù)值模擬過
7、程中脈動人口給定問題。同時用本文所提方法和無脈動人口計算結(jié)果進行對比后發(fā)現(xiàn)，本文所用方法更能體現(xiàn)山區(qū)峽谷風場的真實流態(tài)。最后在脈動人口邊界條件基礎(chǔ)上對不同風向角作用下的山區(qū)峽谷橋址處風場進行了數(shù)值模擬。1現(xiàn)場實測1.1工程背景本文以張花高速澧水大橋所在峽谷為研宄背景。橋梁主跨為856m，屬典型的山區(qū)峽谷大跨徑橋梁，橋位所處峽谷谷頂寬420m，谷頂與谷底高差280m，橋位布置如圖1所示。1.2風速監(jiān)測系統(tǒng)澧水大橋風速監(jiān)測系統(tǒng)由觀測站、橋塔站和橋跨站組成。觀測站根據(jù)盛行風方向設(shè)立在橋址西南側(cè)，位于本文數(shù)值模擬人口附近，監(jiān)測站風
8、速儀布置在平坦地區(qū)，可認為其風場特性與數(shù)值模擬人口接近，其特性可為數(shù)值模擬的入口邊界條件取值提供參考，風速監(jiān)測儀布置高度離地面10m,如圖2所示。橋跨站由3個Young81000三維超聲風速儀組成，布置位置為盛行風方向同側(cè)。橋塔站也沿高度布置了3個Young81000三令S超聲風速儀，具體位置如圖1所示
