桥梁风工程的非定常格子玻尔兹曼方法

项目名称： 桥梁风工程的非定常格子玻尔兹曼方法

项目编号： No.51208441

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 建筑环境与结构工程学科

项目作者： 栗怀广

作者单位： 西南交通大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 针对桥梁风工程研究的特点和典型问题，拟提出非定常格子玻尔兹曼方法。根据气体运动论的演化方程，推导高阶格子玻尔兹曼模型，建立非定常格子玻尔兹曼方法（LBM）的控制方程。推导符合平衡大气边界层特性的LBM边界条件，提出复杂三维固壁边界的精确回弹格式。研究更合理的湍流模式，模拟非定常流场中桥梁断面的高雷诺数绕流，探究近壁流动的演化规律和特征，通过对比风洞模型脉动压力测试结果，检验模拟方法的精度和可靠性。研究非定常流场中的三维运动边界技术，提出结构-风相互作用的流固耦合模拟算法，对比桥梁断面强迫振动和自由振动的数值模拟与风洞试验，检验流固耦合算法的精度与可靠性。本研究内容与桥梁风工程紧密联系，研究成果具有重要学术意义和广泛应用前景，通过本研究能促进桥梁风工程和计算风工程的发展。

中文关键词： 桥梁；风工程；格子玻尔兹曼；非定常；流固耦合

英文摘要： An unsteady Lattice Boltzmann method will be proposed in this project. High order LB equation will be derived firstly from the Boltzmann equation by discretizing in both time and phase space. LB boundary condition for atmospheric boudary layer and complex 3D solid wall will be established. Then, reasonable turbulence model will be investigated and evaluated through the simulations of high Renolds number flows around bridge deck. Nummerical results will be compared with experiments, and the accuracy and validity of the method will be validated. Further, moving 3D boundary condition will be studied, and rational FSI algorithm will be proposed. Its validity will be demonstrated by comparing with experiments of forced vibration and self-excited vibration of bridge decks. The work proposed in this application will contribute to the advancement of bridge wind engineering.

英文关键词： bridge；wind engineering；Lattice Boltzmann；non-steady；fluid-structure interaction