风场以及风效应的研究对板式高层建筑结构抗风设计具有重要的指导意义,一直都是风工程界的重要研究课题。当气流流过高层建筑时,由于气流的惯性和粘性,会在结构上产生气动力从而产生复杂的流固耦合效应,包括剪切层的转悷、气流分离再附、旋涡形成和脱落以及尾流发展等现象。本文采用计算流体动力学(CFD)程序OpenFOAM,对板式高层建筑的二维截面以及三维模型进行了全风向角下不同长宽比的数值模拟研究,并和风洞试验的结果进行了比较验证。首先采用雷诺应力模型中的k-epsilon模型对零度风向角时建筑二维矩形截面进行了数值模拟,研究发现增大长宽比能使得建筑表面的风压系数、升阻力系数均降低;通过流场分析得知,这是由于增大长宽比使得建筑表面的涡旋稳定的附着在侧风面,只在后缘处形成微弱的扰动,并未出现卡门涡街等现象。采用大涡模拟方法对全风向角下三维板式建筑进行了数值模拟,研究了长宽比和风向角对板式建筑的气动性能和流场特性的影响,并和相应的风洞试验结果做比较,两者取得了较好的一致性。研究发现,当h=2/3H时,板式建筑受到的升阻力系数最大;随着风向角变大,阻力系数逐渐增大,当建筑长宽比L/W=4时升力系数在风向角为40°时达到最大,同样的情况在L/W=9时发生在10°。此外更高的长宽比会使得板式建筑受到的阻力系数和升力系数均提高。通过板式建筑三维流场的分析,板式建筑的背风面存在高位和低位处的两个大涡旋:高层位置的涡旋强度较大且更稳定,随着风向角增大会一定程度的偏离建筑表面;低层位置的涡旋比较不稳定,容易破碎再生成。更高的长宽比会使得高层位置的涡旋强度变大,低层位置的小涡旋变弱甚至消失。此外,这些涡旋仅存在与板式建筑后方4W-8 W的位置。