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《山區(qū)峽谷橋址處風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、山區(qū)峽谷橋址處風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬研究摘要：為準(zhǔn)確模擬山區(qū)峽谷橋址處的三維紊流風(fēng)場(chǎng)，以澧水大橋所在峽谷為工程背景，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)用諧波合成法進(jìn)行等效處理生成了滿足峽谷風(fēng)場(chǎng)特性的隨機(jī)來(lái)流，然后基于對(duì)Fluent的二次開發(fā)，將生成的隨機(jī)來(lái)流賦予大渦模擬的入口邊界。通過(guò)對(duì)比本文方法和無(wú)脈動(dòng)入口計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本文方法更能體現(xiàn)山區(qū)峽谷風(fēng)場(chǎng)的真實(shí)流態(tài)，最后在本文方法基礎(chǔ)上對(duì)不同風(fēng)向角作用下的山區(qū)峽谷橋址處風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了峽谷橋址處風(fēng)場(chǎng)的詳細(xì)分布特性，可為山區(qū)峽谷地形紊流場(chǎng)精細(xì)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(chǎng)
2、實(shí)測(cè)；脈動(dòng)風(fēng)速;大渦模擬中圖分類號(hào)：TU311.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來(lái)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(fēng)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(duì)山區(qū)峽谷地區(qū)風(fēng)場(chǎng)的描述不再適用。橋址處風(fēng)場(chǎng)受周邊山體影響，有顯著的非定常效應(yīng)，風(fēng)場(chǎng)脈動(dòng)劇烈，紊流風(fēng)引起的風(fēng)致振動(dòng)問(wèn)題相比于跨江、跨海橋梁更顯突出，而目前人們對(duì)這些地區(qū)的脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)分布研究還相對(duì)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(qiáng)對(duì)山區(qū)峽谷橋址處的風(fēng)特性認(rèn)識(shí)已成為了廣大研究者關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)
3、題之一。目前，對(duì)山區(qū)峽谷風(fēng)場(chǎng)的研宄手段主要有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是對(duì)峽谷風(fēng)場(chǎng)研究最為直接和有效的方法，許多學(xué)者對(duì)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(chǎng)實(shí)測(cè)的方法對(duì)橋址所在峽谷進(jìn)行了風(fēng)速監(jiān)測(cè)，然后運(yùn)用諧波合成法將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行等效處理后賦給數(shù)值模擬的人口邊界?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)據(jù)雖然可為數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)提供寶貴的參考，但是其不足的是實(shí)驗(yàn)條件難以控制、投資較大、管理維護(hù)困難、監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)。與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相類似，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)也是山區(qū)峽谷風(fēng)場(chǎng)研究的重要手段，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)雖然具有多工況、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，但由于物理風(fēng)洞本身
4、尺寸的限制，對(duì)于大區(qū)域山體地形，即使將風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅壤s小到最小尺度，在模型邊界上仍然會(huì)出現(xiàn)人為的峭壁，同時(shí)，也無(wú)法保證來(lái)流入口邊界條件與實(shí)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(yàn)中變換風(fēng)向角時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)確性尤其值得商榷。相比現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法發(fā)展很快，已被越來(lái)越多的研宄者所應(yīng)用。由于數(shù)值模擬不受時(shí)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(diǎn)，許多學(xué)者對(duì)其展開了研究。對(duì)于復(fù)雜山區(qū)峽谷風(fēng)場(chǎng)，CFD雖然具備模擬大區(qū)域地形的優(yōu)勢(shì)，但依然存在一系列問(wèn)題，如人口邊界的合理給定問(wèn)題，針對(duì)該問(wèn)題的研宄
5、，Maurizi等用1/10的斜坡作為氣流過(guò)渡段來(lái)處理入口邊界峭壁問(wèn)題，但其斜坡形式較為簡(jiǎn)單，適用性有待驗(yàn)證；胡朋等采用曲線過(guò)渡段的辦法對(duì)峽谷人口進(jìn)行處理，不足的是這種辦法會(huì)引起人為的來(lái)流風(fēng)攻角。相比平原或洋面風(fēng)場(chǎng)，山區(qū)地形風(fēng)場(chǎng)的值模擬涉及分離流、高雷諾數(shù)湍流和強(qiáng)三維流動(dòng)等復(fù)雜的空氣流動(dòng)，其核心是湍流問(wèn)題。上述學(xué)者用雷諾平均湍流模型對(duì)其進(jìn)行研究，其時(shí)均化過(guò)程中丟失了大量的脈動(dòng)信息。目前普遍認(rèn)為比較有潛力的大渦模擬在計(jì)算風(fēng)工程中體現(xiàn)出優(yōu)越性，但LES的合理脈動(dòng)人口給定還有待進(jìn)一步研究，Uchida和Ohya采用大渦模擬的方法
6、對(duì)9.5km><5km區(qū)域范圍內(nèi)空氣流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，使用粗糙元制造脈動(dòng)風(fēng)，但其粗糙元的擺放產(chǎn)生的脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)可調(diào)性差，與實(shí)際的邊界條件仍存在一些出入，而正確的人口脈動(dòng)信息給定是計(jì)算結(jié)果正確性的重要保證，因此，山區(qū)峽谷風(fēng)場(chǎng)特性數(shù)值模擬時(shí)人口邊界條件中脈動(dòng)的合理施加是當(dāng)前數(shù)值模擬方法迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)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(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)橋址上游及橋址附近風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了真實(shí)有效的記錄，基于諧波合成法將監(jiān)測(cè)的實(shí)際風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行等效，通過(guò)對(duì)商業(yè)軟件Fluent進(jìn)行二次開發(fā)，較好地處理了山區(qū)峽谷風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬過(guò)
7、程中脈動(dòng)人口給定問(wèn)題。同時(shí)用本文所提方法和無(wú)脈動(dòng)人口計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，本文所用方法更能體現(xiàn)山區(qū)峽谷風(fēng)場(chǎng)的真實(shí)流態(tài)。最后在脈動(dòng)人口邊界條件基礎(chǔ)上對(duì)不同風(fēng)向角作用下的山區(qū)峽谷橋址處風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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(fēng)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)澧水大橋風(fēng)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由觀測(cè)站、橋塔站和橋跨站組成。觀測(cè)站根據(jù)盛行風(fēng)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(cè)站風(fēng)
8、速儀布置在平坦地區(qū)，可認(rèn)為其風(fēng)場(chǎng)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(fēng)速監(jiān)測(cè)儀布置高度離地面10m,如圖2所示。橋跨站由3個(gè)Young81000三維超聲風(fēng)速儀組成，布置位置為盛行風(fēng)方向同側(cè)。橋塔站也沿高度布置了3個(gè)Young81000三令S超聲風(fēng)速儀，具體位置如圖1所示
