柵格舵氣動(dòng)與操縱特性高速風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)

對(duì)自行研制的一船用空氣推進(jìn)導(dǎo)管螺旋槳系統(tǒng)的導(dǎo)管和槳后整流支架的空氣動(dòng)力學(xué)性能在試驗(yàn)雷諾數(shù)范圍進(jìn)行了風(fēng)洞模型試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明,導(dǎo)管和槳后整流支架明顯改善了系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)性能,螺旋槳系統(tǒng)的推力系數(shù)和效率都有較明顯提高,螺旋槳系統(tǒng)的原地靜推力和倒車性能也得到很大改善。

對(duì)低層雙坡屋面和四坡屋面建筑進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)研究,考慮了屋面形式、屋面坡度、來(lái)流方向和挑檐長(zhǎng)度等不同因素對(duì)屋面風(fēng)壓分布的影響,分析了屋面平均和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的分布特性。結(jié)果表明,0°風(fēng)向角(來(lái)流垂直吹向屋脊)、屋面坡度為30°時(shí),迎風(fēng)屋面屋檐及屋脊附近形成較高負(fù)壓,迎風(fēng)屋面風(fēng)壓系數(shù)呈環(huán)狀分布;屋面坡度為15°時(shí),迎風(fēng)屋面風(fēng)壓系數(shù)呈階梯狀分布。屋面體型系數(shù)受風(fēng)向角、屋面坡度和屋面形式的影響較大:0°風(fēng)向角、雙坡屋面模型中,15°屋面坡度迎風(fēng)屋面體型系數(shù)為30°屋面坡度的2.76倍;四坡屋面模型中,15°屋面坡度迎風(fēng)屋面體型系數(shù)為30°屋面坡度的2.28倍;背風(fēng)屋面體型系數(shù)受屋面坡度的影響較小;0°和45°風(fēng)向角下,對(duì)于15°和30°屋面坡度,當(dāng)屋面坡度相同,屋面形式由雙坡改為四坡時(shí),迎風(fēng)屋面的體型系數(shù)絕對(duì)值有所增大,屋面更容易受力破壞,但對(duì)背風(fēng)屋面的影響較小。

分析了某高層建筑的多通道同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)。利用隨機(jī)振動(dòng)理論計(jì)算了結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載,分析了風(fēng)荷載隨風(fēng)向的變化關(guān)系,計(jì)算了結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),對(duì)居住者舒適度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

在大氣邊界層風(fēng)洞中模擬了b、c、d三類地貌的風(fēng)場(chǎng),對(duì)矩形和方形模型進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn),分析了不同風(fēng)場(chǎng)下矩形和方形模型的風(fēng)壓分布、順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)壓功率譜和風(fēng)壓空間相關(guān)性。結(jié)果表明：b、c、d三類風(fēng)場(chǎng)下,平均風(fēng)壓系數(shù)逐步減小,脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)逐步增大,順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)壓功率譜峰值對(duì)應(yīng)頻率基本一致;順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)壓功率譜分布特征隨高度變化不大;風(fēng)壓水平和豎向相關(guān)性隨距離增加而減小;湍流度的增大使得迎風(fēng)面水平和豎向風(fēng)壓相關(guān)性增大。

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)的風(fēng)洞試驗(yàn)與原型實(shí)測(cè)研究——以廣州國(guó)際會(huì)展中心為工程案例，進(jìn)行了剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)和有限元模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了屋蓋的風(fēng)致位移響應(yīng)，結(jié)果表明，對(duì)于屋蓋風(fēng)振響應(yīng)影響最大的因素是結(jié)構(gòu)的基階振型，其次才是風(fēng)荷載；隨著阻尼比的增加...

本文設(shè)計(jì)制作了一外形，剛度，質(zhì)量參數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)的通用超高層建筑多自由度氣動(dòng)彈性模，對(duì)其進(jìn)行了一系列的風(fēng)洞試驗(yàn)，并詳細(xì)研究了風(fēng)向，等因素對(duì)超高層建筑風(fēng)致振動(dòng)的影響，得到一和些具參考價(jià)值的結(jié)果，可供我國(guó)有關(guān)規(guī)范修訂時(shí)參考。

按照相似準(zhǔn)則,設(shè)計(jì)制作了精細(xì)的角鋼輸電塔氣彈模型,基于過(guò)境臺(tái)風(fēng)氣象資料和臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模型確定了工程所在地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)參數(shù),并進(jìn)行了b類風(fēng)場(chǎng)和臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的測(cè)振對(duì)比試驗(yàn),研究了臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)作用下角鋼塔的風(fēng)振特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:兩類風(fēng)場(chǎng)作用下,角鋼塔的風(fēng)振特性基本相似,各風(fēng)向角下除了塔身整體雙向彎曲振動(dòng)外,還伴隨了較明顯的塔頭扭轉(zhuǎn)振動(dòng),導(dǎo)致各工況下橫擔(dān)端部測(cè)點(diǎn)的加速度響應(yīng)約為相近高度塔身的1.56～2.45倍,因此長(zhǎng)橫擔(dān)角鋼輸電塔的風(fēng)致扭轉(zhuǎn)振動(dòng)值得注意;相比b類風(fēng)場(chǎng),臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的高湍流特性導(dǎo)致順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)增大明顯,為b類風(fēng)場(chǎng)的1.3～1.6倍,但橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)增大并不明顯,這也說(shuō)明橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)主要與結(jié)構(gòu)本身特征湍流相關(guān),與來(lái)流的湍流度相關(guān)性較弱。

通過(guò)風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn),研究了不同沙濃度和風(fēng)速條件下風(fēng)沙對(duì)低矮建筑整體受力的影響。研究結(jié)果表明:和凈風(fēng)工況相比,風(fēng)沙對(duì)低矮建筑整體受力有著較大影響。風(fēng)沙對(duì)低矮建筑平均基底剪力系數(shù)有著明顯的增大作用,且沙濃度越大,增大的越明顯。而對(duì)于脈動(dòng)基底剪力系數(shù)的影響,除了與沙濃度有關(guān)之外,還與指示風(fēng)速有關(guān)。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí),風(fēng)沙增大了試驗(yàn)房的脈動(dòng)效應(yīng),而當(dāng)風(fēng)速較大時(shí),風(fēng)沙減小了試驗(yàn)房的脈動(dòng)效應(yīng)。

橋梁應(yīng)具有抵抗風(fēng)作用的能力,特別是大跨度橋梁,其柔性較大,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮顫振、抖振、渦激振動(dòng)等空氣動(dòng)力問(wèn)題,通過(guò)抗風(fēng)設(shè)計(jì)、風(fēng)洞試驗(yàn)、抗風(fēng)措施來(lái)確定橋梁風(fēng)荷載和抗風(fēng)性能是大跨度柔性橋梁抗風(fēng)研究的主要手段。

對(duì)美國(guó)佛羅里達(dá)州邁阿密市區(qū)內(nèi)一棟具有復(fù)雜外形的低層民用建筑剛體模型進(jìn)行測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn),研究了由于建筑物過(guò)于接近所形成的夾縫內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布特性及其相關(guān)影響因素。結(jié)果表明,任意風(fēng)場(chǎng)下建筑物夾縫內(nèi)始終處于負(fù)壓狀態(tài),甚至產(chǎn)生局部不安全因素。進(jìn)入夾縫的風(fēng)量和風(fēng)速與夾縫內(nèi)負(fù)壓力絕對(duì)值成正比例關(guān)系。適當(dāng)對(duì)夾縫進(jìn)行遮擋能有效減小縫內(nèi)負(fù)壓效應(yīng)。

規(guī)范所提供的風(fēng)荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求,必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn).對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型及部位(如高層結(jié)構(gòu)、大跨屋蓋、玻璃幕墻等)所需要的風(fēng)洞試驗(yàn)資料及風(fēng)荷載參數(shù)都是不同的,簡(jiǎn)單地提供建筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)不能滿足各結(jié)構(gòu)物和維護(hù)體系設(shè)計(jì)的需要.本文切合實(shí)際結(jié)構(gòu),建立了面向各類結(jié)構(gòu)物各抗風(fēng)設(shè)計(jì)階段的風(fēng)洞試驗(yàn)方法.

進(jìn)行了榆林機(jī)場(chǎng)航站樓的測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn),研究了建筑物各墻面存在開(kāi)孔較大且不均勻時(shí)所造成的內(nèi)部壓力改變對(duì)建筑物體型系數(shù)的影響,并通過(guò)與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》gb50009-2001中關(guān)于體型系數(shù)、內(nèi)部壓力系數(shù)規(guī)定的比較,提出了關(guān)于風(fēng)荷載體型系數(shù)的幾點(diǎn)修訂建議。

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究——以株洲體育中心大跨屋蓋為背景，通過(guò)剛性模型的風(fēng)洞試驗(yàn)研究，獲得了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)在各種不同情況下的平均風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律，為體育場(chǎng)屋蓋在不同情況下的風(fēng)振響應(yīng)理論分析提供了依據(jù)．

由于壁面的存在，風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M的流場(chǎng)與真實(shí)大氣的自由流場(chǎng)存在差別．在特定情況下，阻塞效應(yīng)將對(duì)流場(chǎng)和建筑風(fēng)荷載產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差．然而，當(dāng)前結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究人員對(duì)阻塞效應(yīng)的認(rèn)識(shí)尚且不足．首先，簡(jiǎn)要介紹了阻塞效應(yīng)的機(jī)理，并歸納了阻塞效應(yīng)對(duì)流場(chǎng)和建筑風(fēng)荷載的影響．然后，總結(jié)了阻塞效應(yīng)的影響因素（來(lái)流特性，建筑的外形、數(shù)量和布置方式等），回顧了涉及試驗(yàn)和數(shù)值模擬的阻塞效應(yīng)修正方法，并列出了重要文獻(xiàn)中對(duì)阻塞比的規(guī)定．最后，提出了今后值得研究的方向．

針對(duì)立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)在風(fēng)洞試驗(yàn)中的應(yīng)用特征,設(shè)計(jì)基于線陣ccd的三目視覺(jué)立體測(cè)量系統(tǒng)。利用基于雙高斯物鏡的組合透鏡,在降低光學(xué)畸變的前提下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)光源到線光源的變換。組合鏡頭可對(duì)ccd進(jìn)行三自由度微調(diào),保證測(cè)量目標(biāo)成像于焦平面附近。在系統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程中利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)構(gòu)建虛擬陣列靶,以最大限度地提高標(biāo)定靶精度。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度虛擬飛行系統(tǒng)模型運(yùn)動(dòng)軌跡的追蹤及自由振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械阻尼的測(cè)量。

基于一棟立面上有多個(gè)開(kāi)洞的矩形截面超高層建筑的剛性模型表面壓力測(cè)量風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,分析了矩形截面超高層建筑在長(zhǎng)邊立面上不同開(kāi)洞工況下建筑各表面平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利風(fēng)壓系數(shù)的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)建筑長(zhǎng)邊迎風(fēng)時(shí),開(kāi)洞使得背風(fēng)面洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值增大,但迎風(fēng)面上的平均風(fēng)壓系數(shù)變化很小;當(dāng)建筑短邊迎風(fēng)時(shí),開(kāi)洞對(duì)洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利正風(fēng)壓系數(shù)均只有微弱影響,但對(duì)其最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)卻有很大影響,特別是中部開(kāi)洞,將使其周圍的最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)增大一倍以上;開(kāi)洞對(duì)短邊立面上的最不利風(fēng)壓系數(shù)不產(chǎn)生明顯的影響。為有結(jié)構(gòu)開(kāi)洞的高層建筑洞口附近的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù)。

目前超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析常采用的是規(guī)范的簡(jiǎn)化理論方法和基于風(fēng)洞試驗(yàn)方法頻域方法,隨著結(jié)構(gòu)體型的復(fù)雜化或周邊建筑對(duì)風(fēng)場(chǎng)有明顯干擾時(shí),進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)振時(shí)程分析是更為簡(jiǎn)單直接有效的方法。本文通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)生成風(fēng)洞試驗(yàn)中風(fēng)荷載時(shí)程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析,獲得整體結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及加速度時(shí)程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度評(píng)估提供了可行的方法。

利用開(kāi)路式風(fēng)洞系統(tǒng)和sympatec激光粒度儀測(cè)試了參考噴頭的霧譜尺寸以此作為噴頭霧譜等級(jí)的依據(jù)。對(duì)扇形霧噴頭在不同壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀距離情況下的霧滴粒徑、數(shù)量和范圍進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀之間距離的增大,都導(dǎo)致扇形霧噴頭的霧滴體積中徑變小,尺寸小于150μm的霧滴占全部霧滴體積的百分比變大,增加了農(nóng)藥脫靶飄移的可能性,同時(shí)壓力和風(fēng)速的增大都導(dǎo)致部分噴頭的霧譜等級(jí)降低。為了保證激光粒度儀對(duì)霧滴粒徑測(cè)試結(jié)果的可靠性,可以使用風(fēng)洞試驗(yàn)和調(diào)整噴頭與激光粒度儀的距離,來(lái)減小因細(xì)小霧滴通過(guò)激光束過(guò)程中速度迅速衰減而對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響。

介紹了建筑物風(fēng)環(huán)境的風(fēng)洞模擬，行人高度風(fēng)測(cè)量探頭的設(shè)計(jì)、標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理。采用這種探頭，在氣動(dòng)中心低速所４ｍ×３ｍ風(fēng)洞的長(zhǎng)１５ｍ、寬４ｍ、高２．２ｍ風(fēng)工程試驗(yàn)段進(jìn)行了比例為１∶３００的建筑群模型的行人高度風(fēng)環(huán)境試驗(yàn)研究，結(jié)果說(shuō)明這座新高層建筑物的落成，對(duì)其周圍某些位置的行人高度風(fēng)環(huán)境有嚴(yán)重的影響。

以中華城商業(yè)社區(qū)高層建筑群為工程背景,采用rngk-ε湍流模型模擬了建筑群中超高層建筑的表面平均風(fēng)壓分布及周圍風(fēng)環(huán)境,計(jì)算了與風(fēng)洞試驗(yàn)等雷諾數(shù)及增大來(lái)流風(fēng)速和模型尺寸提高雷諾數(shù)后的兩類雷諾數(shù)工況,并同風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,在等雷諾數(shù)情況下,風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬得到的超高層建筑表面風(fēng)壓分布較為一致,數(shù)值差別在15%以內(nèi);數(shù)值模擬與試驗(yàn)雷諾數(shù)相差25倍的工況中,當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來(lái)流風(fēng)速成一定角度時(shí),超高層建筑的風(fēng)壓分布及周圍流場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)較一致;當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來(lái)流風(fēng)速平行時(shí),尾流中旋渦分布的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)差異明顯,但平均風(fēng)壓分布的數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果略顯差別。

在邊界層風(fēng)洞中,用高頻底坐五分量天平技術(shù)對(duì)caarc模型的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行研究,并與用氣動(dòng)彈性模型測(cè)得的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行比較,兩者的結(jié)果相差不大。由于天平技術(shù)只考慮第一振型并且是線形振型的影響,所以用其測(cè)得的荷載風(fēng)振系數(shù)僅僅是建(構(gòu))筑物頂部的風(fēng)振系數(shù),獲得的一些結(jié)果可作為修訂有關(guān)規(guī)范時(shí)參考。

某鋼管混凝土框架混凝土核心筒超高層建筑,結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載十分敏感,風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)研究了凹角矩形超高層建筑的風(fēng)荷載特性;針對(duì)順風(fēng)荷載、橫向風(fēng)荷載以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載,對(duì)比了基于風(fēng)洞數(shù)據(jù)和規(guī)范公式得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng),明確本工程規(guī)范公式的適用性;分析了采用風(fēng)洞數(shù)據(jù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載組合,同時(shí)利用風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)振時(shí)程分析,得到結(jié)構(gòu)的舒適度評(píng)價(jià),并與公式結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。