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风荷载是大跨度空间结构设计的控制荷载。对于大型复杂结构,一般通过风洞试验来确定风荷载。而风洞试验也有其局限性。目前国内外规范均没有给出体型复杂的大跨空间结构风压系数分布,而运用数值风洞计算大跨度结构风压系数的成果很少,结构表面的风压系数的确定愈加困难。因此数值风洞模拟结构风荷载的研究具有重要的工程应用背景和学术价值。
本文基于计算风工程的基本理论和数值计算方法,推导了三维非稳态二阶迎风格式下控制方程的离散形式,将湍流动态大涡模型引入到离散方程,利用Fluent6.3对大跨度平屋盖结构进行了风场数值模拟。计算中考虑了多个因素的影响,其中包括:来流风速、高跨比、风向角、来流工况等;将平均风压系数的计算结果与风洞试验、RSM模型计算结果进行了对比分析;根据所得的平均风压系数和湍动能计算出均方根风压系数,所得计算结果与相应试验结果相吻合。
本文还对不同外型的大跨度结构进行了数值风洞计算和试验结果的对比分析。工程实例的计算分析表明基于空间均匀的大涡数值模拟应用于工程实际的可行性。