开展高层及超高层建筑火灾试验研究时,若不考虑室外环境风场的影响将无法较为真实地反映出建筑外立面真实的火场环境,既有的环境风场模拟装置大多应用于火灾科学以外的领域,虽然也有为数不多的用于火灾试验的环境风场模拟装置,但其在高层及超高层建筑外立面火灾试验方面的应用仍存在很大的局限性。本文主要介绍了一种针对上述技术不足而专门研发的应用于建筑外立面火灾试验的环境风场模拟装置,论述了该装置的主要组成和技术功能,并对其今后的应用提出设想和展望。
掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。结合流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)稳定化方法和三步流体有限元方法,提出一种适用于模拟结构周围风场的高雷诺数风流动的大涡模拟方法(LES)。将亚格子运动方程弱解形式与SUPG稳定项相结合进行有限元空间离散,对时间离散采用高精度的显式三步有限元方法,压力场通过求解泊松方程得到。结合节点滤波函数和广义箱式滤波函数,发展了一种基于非结构化有限元网格的简洁、快速的空间滤波技术,该技术可使动态亚格子模型(DSGS)计算时储存量低且计算量小。所提方法可对建筑结构周围风场进行稳定、快速和精确的数值模拟,是分析结构周围风场特性和结构风荷载的有效工具。算例中,应用建设的动态亚格子模型(DSGS)模拟立方体建筑周围风场(雷诺数为420 000),并对平均风场和瞬时风场在流线、速度场、压力场和涡量场等方面进行了分析,详细阐明了建筑物表面(三维)大尺度涡结构并实现数值可视化。
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