下击暴流风场中超高层建筑的数值模拟研究

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下击暴流是在云下急速冷凝发展起来的强下沉气流,近地面风速具有明显的非平稳性,风场压差变化剧烈,因此对超高层建筑的下击暴流风压研究尤为重要。本文基于壁面射流模型,采用雷诺应力模型(RSM)对下击暴流和流场中超高层建筑进行数值模拟,利用不同风速工况来发现压力系数的变化规律,同时,比较了大气边界层横向风和下击暴流竖向风的风压差异性。此外,研究了两类典型裙房对超高层建筑的风压系数和气动力系数影响,得到以下结论:(1)利用雷诺应力模型(RSM)模拟下击暴流,很好地反映了强下沉气流的下沉、冲击、分离以及扩散的全生命周期,了解到下击暴流的冲击过程以及作用机理,模拟结果也证明该模型与三种经验风剖面有着较高的吻合度。(2)不同的入流边界离地高度对竖向风剖面的曲线规律以及径向最大速度位置影响甚微。当入流边界直径为Djet=600m时,径向速度大小随高度的增加呈先升高后减小的规律,在径向距离为Djet高度为70m时达到最大值。(3)下沉气流在超高层建筑周围的近地面产生涡旋,导致建筑侧面的压力系数呈现出先增大后减小的极值点。24m/s、29m/s、34m/s、39m/s工况极值点均出现在180m=0.3H,这是下击暴流场中建筑抗风设计最不利位置。(4)虽然大气边界层横风的压力系数普遍大于下击暴流场,但下击暴流比它对超高层更具威胁性,主要原因是下击暴流场中次生涡旋在冲击建筑侧面时导致其沿高度的压力系数突然增大,对建筑高度为0.3H处尤为不利。(5)两类典型裙房呈现的压力系数均随着高度增加呈减小趋势,均对超高层0.5H高度以下的压力系数规律具有明显的影响,对0.5H以上影响甚微,说明裙房对超高层中下部位具有减小和稳定风压的作用,分散了强下沉气流冲击产生的涡旋对其造成的不利影响。
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