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气流经过山地地区时,该地区复杂的地形和地貌将会显著改变近地流动风的风速、风压和湍流结构,从而使得这些地区的风场呈现与平坦地区较明显的差异,并造成风速和风压的分布很不规则。因此,研究山地地区的风场分布特点以及风场随山体坡度、高度和来流风速的变化规律,对山地地形附近建筑物的合理选址及抗风设计都有着十分重要的意义。
本文通过风洞试验和数值模拟相结合的手段,分别系统地研究了简单山地地形(单个山体)和复杂山地地形(多个连续山体)的近地风场特性,主要开展了以下几个方面的工作:
①通过刚性山体模型风洞试验,对典型的单个三维山体风场进行分析,系统地探讨了不同的山体坡度、山体高度、以及来流风速等对山体表面平均风速特性和脉动风速均方根值特性的影响;
②采用基于计算流体动力学的数值模拟方法,对单个三维山体风场进行数值计算与分析,进一步验证了不同的山体坡度、山体高度、以及来流风速等对山体表面平均风速特性的影响,再通过与实验结果的对比,得出数值模拟建立的模型是准确可靠的结论;
③根据单个山体模型的风洞试验结果和数值模拟结果,建立多个连续山体的三维模型并进行数值模拟和分析,分别探讨了当来流方向有一个山体遮挡时,遮挡山体坡度和高度对受扰山体各位置平均风速特性的影响,以及有多个连续山体遮挡时,连续山体的个数对受扰山体各位置平均风速特性的影响。
④在总结以上不同地形的近地风场分布特点的基础上,从抗风防灾适宜性的角度分别提出了单个山体地形附近、有遮挡山体地形附近和连续遮挡山体地形附近建筑物选址的一些建议。