大渦模擬在橋梁風工程中的應用.pdf

1、本文利用CFD方法，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下的有限體積法，利用大渦模型進行湍流的模擬，并結(jié)合ALE格式下的動網(wǎng)格方法進行了較常用斷面的靜止、運動狀態(tài)下流場數(shù)值模擬，及復雜工程問題的繞流場數(shù)值模擬，主要研究工作如下： ⑴有限體積法求解流體控制N—S方程，在非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下實現(xiàn)空間、時間的離散格式。通過使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，使得流場網(wǎng)格劃分變得容易，從而便于求解工程中較復雜的流場。 ⑵采用大渦模擬的方法進行湍流計算，主要開發(fā)了基本SSG

2、S模型、動態(tài)DSGS模型和結(jié)構(gòu)函數(shù)SF模型三個大渦模型的計算模塊；并利用該程序?qū)?jīng)典的方形斷面、矩形斷面和置于地面的三維方柱進行了流場的數(shù)值模擬。通過與實驗結(jié)果的對比，可以認為程序的計算結(jié)果是合理的，具備三維流場的模擬功能。 ⑶推導了基于ALE格式的動網(wǎng)格格式，并論述了動網(wǎng)格方法應用過程中保持幾何守恒法則（GCL）的重要性；然后重點討論在運動邊界情況，如何利用修正彈簧法保證網(wǎng)格更新后的質(zhì)量。通過幾個斷面大轉(zhuǎn)角、大位移后的網(wǎng)格更新

3、試驗，證明了該方法的優(yōu)越性。 ⑷對橋梁結(jié)構(gòu)中較常用的箱型斷面、邊主梁斷面、蘇通大橋主橋成橋斷面及連續(xù)剛構(gòu)橋進行了二維、三維的流場數(shù)值模擬。通過與試驗結(jié)果的對比可以看出，三種大渦模型中動態(tài)DSGS模型整體表現(xiàn)略優(yōu)，結(jié)構(gòu)函數(shù)SF模型略差；對于在展長方向具有對稱性的結(jié)構(gòu)，二維的計算結(jié)果與三維相差不大，但計算效率大大提高，因此二維計算很有實用性；通過連續(xù)剛構(gòu)橋的流場數(shù)值模擬，可以看出本程序基本可以進行復雜工程問題的三維流場模擬。

4、 ⑸利用動網(wǎng)格方法，采用強迫振動原理獲得任意時刻運動斷面所受的氣動荷載，從而利用總體最小二乘法進行了箱梁斷面和邊主梁斷面的氣動導數(shù)識別研究，計算結(jié)果顯示該方法是獲得橋梁斷面氣動導數(shù)的一種有效方法。 ⑹針對湍流風場的模擬，分別進行了直接法生成和人工合成兩種方法，計算結(jié)果顯示人工合成法更容易得到與目標譜相一致的湍流風場。模擬計算了各種湍流風場下方形、矩形及箱梁斷面的繞流場和氣動參數(shù)，結(jié)果顯示了湍流風場對斷面氣動參數(shù)的影響較明顯。對流