基于被动吸吹气控制的桥梁风荷载和绕流场数值模拟研究

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随着社会发展需要,桥梁跨度越来越大,这也导致了桥梁主体结构刚度和阻尼降低。在自然环境中,柔长大跨度桥梁势必会承受风的作用,复杂的风效应是影响主梁最主要的动力效应之一。在低风速下,涡激振动是桥梁主梁产生振动的主要原因。长期的涡激振动会给桥梁的使用带来不舒适性,同时也会对主梁主体和附属结构带来疲劳损伤和破坏,因此减小或抑制桥梁主梁涡激振动具有重要的工程意义。通过许多研究发现,破坏桥梁尾流中展向涡的展向相关性,能够较好地抑制涡激振动。本文主要通过在桥梁模型展向上布置被动吸吹气孔,利用气孔吹出的气流对尾部旋涡产生展向扰动,进而对模型承受风荷载和绕流场进行研究分析。本文主要通过CFD数值模拟方法,分析不同布置方式的被动吸吹气孔对桥梁主梁的气动控制效果,同时对不同风攻角下的被动吸吹气控制效果进行了研究分析。本文首先研究了0度风攻角下被动吸吹气孔不同布置形式对模型的压力分布和气动力变化,发现被动吸吹气控制能够减小模型的脉动压力和气动力脉动值。然后研究不同风攻角对各种控制工况控制效果的影响,发现不同的风攻角下,控制效果随着攻角增加减小,某些工况甚至带来了负作用效果。最后对不同控制工况控制下的流场进行了分析,同时也对控制效果较好的0度风攻角下的展向流场和旋涡结构进行了分析。
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