基于RANS模型的平衡大气边界层数值模拟

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使用CFD软件对建筑物在大气边界层中的绕流进行数值模拟时,需要给出特定的入流边界条件,入流条件的关键物理量在还未到达模拟的建筑物时已经发生了明显变化,这种变化会降低模拟结果的准确性。所以,用数值模拟方法研究建筑物与大气相互作用时,必须要验证来流条件是否能够基本保持不变,即建筑物是否处于平衡的大气边界层中,只有这样计算得到的结果才更准确。  研究平衡大气边界层的关键在于入流条件、湍流模型和壁面条件三者之间的匹配性。因此要想实现大气运动的自保持性,本文从三个方面入手:第一,由大气边界层保持平衡的假设推导出一组适合特定风场条件下的平均风速,湍动能以及耗散率的表达式,并且要求这类表达式能符合现实情况;第二,通过对湍流模型壁面函数的研究,选择能够合理表达地面粗糙度的壁面函数,给出和湍流模型相匹配的来流边界条件以及砂砾型粗糙度条件下修正的壁面函数;第三,通过研究标准k-ε湍流模型湍流输运方程,将推导得到湍动能和耗散率的扩散项作为源项添加到输运方程中。最后基于平衡大气边界层,研究了低矮建筑表面的风压分布情况,和现场实测及风洞试验结果进行对比验证了本文工作的适用性。
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