脈動(dòng)風(fēng)速入口的案例
淺談脈動(dòng)風(fēng)速入口生成方法
LES計(jì)算中脈動(dòng)風(fēng)速入口需要滿足的條件
我們都知道，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，風(fēng)特性的準(zhǔn)確描述，是風(fēng)荷載和風(fēng)致響應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算的前提。而在LES計(jì)算中，脈動(dòng)風(fēng)速入口的生成，就扮演著描述風(fēng)特性的重要角色。大氣邊界層的風(fēng)特性，包含平均風(fēng)速特性和脈動(dòng)風(fēng)速特性。LES計(jì)算入口中，平均風(fēng)速剖面可以直接給定，無(wú)需做過(guò)多考慮。然而包括湍流強(qiáng)度、湍流積分尺度、脈動(dòng)風(fēng)速功率譜、空間相關(guān)性等在內(nèi)的脈動(dòng)風(fēng)速特性，是LES入口需要重點(diǎn)考慮的。
不僅如此，即便是人工合成的入口滿足了諸多脈動(dòng)風(fēng)速特性，也不見(jiàn)得是一個(gè)很好的LES入口。究其原因在于，“人工”二字！人工的，就不一定是天然的，就一定和天然的有區(qū)別。換句話說(shuō)，人工合成的脈動(dòng)風(fēng)速入口，不一定滿足CFD計(jì)算中的流體控制方程，這會(huì)直接導(dǎo)致入口給定的脈動(dòng)風(fēng)速特性，甚至是平均風(fēng)速特性在流域中產(chǎn)生極大的變化，影響目標(biāo)風(fēng)剖面的生成。然而，反過(guò)來(lái)，即使入口給定的脈動(dòng)風(fēng)速滿足流體控制方程，這樣的脈動(dòng)風(fēng)速特性，是否就一定是我們結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中想要的風(fēng)特性？答案不得而知。這其實(shí)就是LES計(jì)算中脈動(dòng)風(fēng)速入口生成的難點(diǎn)所在。綜上，LES計(jì)算中脈動(dòng)風(fēng)速入口需要滿足的條件是：平均風(fēng)速特性，脈動(dòng)風(fēng)速特性，和流體控制方程。這些條件其實(shí)是極為苛刻的，要想同時(shí)滿足幾乎無(wú)望。為此，工程設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單粗暴的想法又來(lái)了：咦，既然條件無(wú)法同時(shí)滿足，那么，就抓主要矛盾，忽略次要矛盾吧。
展開(kāi) 高層建筑大渦模擬的一般流程及典型案例
圖3 文件格式轉(zhuǎn)換
圖4 基于Region的網(wǎng)格劃分
圖5 建筑表面y+范圍
脈動(dòng)風(fēng)速入口生成 & 空流域風(fēng)場(chǎng)特性檢驗(yàn)
關(guān)于脈動(dòng)風(fēng)速入口方法，已在CFD在土木工程中的應(yīng)用系列（二）——淺談脈動(dòng)風(fēng)速入口生成方法一文中談到過(guò)了，Ton君這里采用了文中的NSRFG方法用于生成入口脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。然而，由于入口湍流的衰減，在建筑位置處，風(fēng)場(chǎng)特性相比入口會(huì)發(fā)生一定的變化，特別是湍流強(qiáng)度和湍流積分尺度變化明顯。這個(gè)問(wèn)題Ton尚未完全解決，但是總結(jié)出了一定的經(jīng)驗(yàn)，歡迎后臺(tái)留言討論。經(jīng)過(guò)Ton君的調(diào)試，最終在空流域中，基本實(shí)現(xiàn)了模擬風(fēng)場(chǎng)和目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)的吻合，如下圖6。
展開(kāi) 