项目名称: 复杂地形强风特性数值模拟的数理模型的研究

项目编号: No.51278366

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 建筑科学

项目作者: 曹曙阳

作者单位: 同济大学

项目金额: 82万元

中文摘要: 强风特性是决定大跨桥梁和高层建筑等风敏感结构风致响应的关键因素之一,对在复杂地形区域建设的风敏感结构进行可靠的抗风设计的前提是准确地预测该建设场地的平均和脉动风特性。本项目的研究目标是建立以计算流体力学模型为主导、结合中尺度气象模型,以模拟复杂地形强风特性为目的、适应抗风设计需要的高精度数理模型。该高精度数理模型支持基于有限差分法、采用大涡湍流模拟的3维大规模非定常计算。本项目在明确坡度、湍流度和地表粗糙度等要素在决定山区强风场特性中的物理作用的同时,通过研究基于曲线坐标和差分法的高精度数值模拟方法、湍流模型、气象模型与大涡模型的融合以及地表粗糙度的模拟方法等关键科学问题来建立复杂地形强风特性模拟的数理模型,并通过对孤立山峰和复杂地形的风洞试验和现场实测来验证该数理模型的精度和可靠性。本项目针对我国土木工程建设的迫切需要,具有重大的理论价值和工程应用前景。

中文关键词: 复杂地形;强风特性;数值模拟;大涡模型;气象模型

英文摘要: Wind characteristics over complex topography is very important for wind resistant design of wind sensitive structures like long span bridges and high rise buildings. The turbulent flow over complex topography involves complicated flow phenomena such as spatial development, stable or unstable separation and reattachment according to the hill slope, and downstream recovery of the turbulent boundary layer, thus any disturbance that may influence the behavior of the separated shear layer and its interaction with the ground would change the global and local turbulent structure and then influence the wind characteristics around complex topography. With the increased concern over the wind loading problems in hilly terrains, there is an urgent demand to predict the gusty wind over complex topography numerically. This proposal aims to establish a sophisticate numerical model to predict the characteristics of the gusty wind over complex topography, which carries out unsteady simulation of the three-dimensional incompressible flow by Large-eddy simulation, in conjunction with a meso-scale meteorological model. Several key issues to determine the accuracy of numerical model including the numerical procedure, turbulence models for Large-eddy simulation, roughness effect and its modeling and the method to combine the CFD mode

英文关键词: complex terrain;wind charactertics;numerical simulation;large-eddy model;meterological model

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