雪灾被认为是二十世纪以来全世界所面临的十大灾害之一,其中风雪流正是雪灾的重要组成部分。近年来,随着经济的发展和高纬度地区的开发,世界各地低矮建筑在风雪天气条件下发生垮塌的事故时有报道,造成了巨大的生命财产损失。风雪流研究涉及到流体动力学、粒子动力学、结构动力学,是交叉学科问题,理论研究难度很大。但目前国内外对低矮建筑物屋面风雪流现象的研究较少,存在诸多不足。本文以阶梯形屋面作为研究对象,从屋面积雪分布特征、有无积雪时的流场分布对比和风雪流数值模拟技术这3方面开展了系统地研究,主要内容如下:1.回顾总结风雪流风洞试验的主要相似参数,然后对流场特征和石英砂颗粒的基本材料属性进行了测量。随后在不同名义风速条件下对不同迎风面宽度的阶梯形屋面开展了屋面风雪流风洞试验,测量了屋面积雪分布,并分析了模型宽高比和风速对屋面积雪侵蚀总量及平均质量输运率的影响。2.设计了四组不同宽高比的阶梯形屋面模型,并基于风雪流风洞试验结果采用3D打印制作了屋面积雪边界,采用PIV技术对阶梯形屋面的绕流特性开展了研究。试验中对先流场剖面进行了测量,随后研究了0°及180°风向角情况下迎风面宽度对阶梯形屋面流场分布的影响;对比了高低屋面有无积雪情况下流场的变化;并基于PIV试验数据和屋面积雪风洞试验数据,分析了流场模式与积雪形态之间的关系。3.简要介绍了网格类型、数据存储及常见的动网格方法;总结了风雪流数值计算中应用动网格方法的一般流程及其不足。回顾了常见的插值方法,并基于径向基函数构造并推导了积雪边界上的插值过程,结合节点分布律实现了计算域内的网格自适应。该方法同时适用于二维与三维网格调整。4.基于时间相似准则确定风雪流等效持续时间,并基于雪相质量输运率的残差,采用优化迭代法控制计算持时的最优分段。结合RBF插值网格自适应方法建立了适用于风雪流数值模拟的准动态时步推进法,有效降低了计算量;最后对二维和三维阶梯形低屋面上方的积雪重分布现象进行了模拟,对比分析了二维与三维计算结果的差异。