说明
在欧洲规范 EN 1991-1-4{%32 中引用了 [1]]]、ASCE/SEI 7-16 和 NBC 2015 等规范中规定了风荷载参数,例如风压系数 (Cp )基本形状。 重点是如何更快、更准确地计算风荷载参数,而不是按照规范中的耗时费力的复杂公式进行计算。
CFD 模拟中的重点之一是找到关于输入数据的准确且兼容的配置,例如湍流模型、风速剖面、湍流强度、边界层条件、离散化的阶数等,这些在欧洲规范中没有提到。 在当前示例中的圆柱体形状,我们推荐使用欧洲规范兼容的设置。 根据欧洲规范 EN 1991-1-4 可以得出不同雷诺数下的 Cp值。
解析解
图1中所示圆柱体的尺寸按雷诺数(Re= 2*106 )根据公式 7.15 (EN 1991-1-4)进行设计,其中b是直径,ν是材料运动粘度air (ν=15*10-6 m2/s), v(ze ) 为最大风速:
这里是使用欧洲规范的假设条件和建议设置(表 1),它们与 Cp和荷载系数值更一致:
风速 | V | 30 | m/s |
雷诺数 (公式 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | <现在wiki>- |
高度 | l | 1 | m |
直径 | D | 1 | m |
最小压力/流量分离的位置(表 7.12, EN 1991-1-4) | αmin/αA | 80/120 | 度 |
最小压力系数值 (表 7.12,EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1.9 | <现在wiki>- |
基准压力系数 (表 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0.7 | <现在wiki>- |
密实度比 (公式 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | <现在wiki>- |
有效长细比 (表 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | <现在wiki>- |
末端效应系数(图 7.36 - 公式 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0.6-(0.6-1) | <现在wiki>- |
力系数 (图 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0,55 | <现在wiki>- |
空气密度 | ρ | 1.25 | 公斤/立方米 |
湍流模型 | 稳态 RANS k-ω SST | <现在wiki>- | <现在wiki>- |
运动粘度 (公式 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1.5*10-5 | 平方米/秒 |
方案顺序 | 第二 | - | <现在wiki>- |
剩余目标值 | 10-5 | - | <现在wiki>- |
残差类型 | 压强 | - | <现在wiki>- |
最小迭代数目 | 800 | - | <现在wiki>- |
边界层 | NL | 10 | <现在wiki>- |
墙功能类型 | 增强/混合 | - | <现在wiki>- |
湍流强度(最佳拟合) | i | 7.5%-15% | <现在wiki>- |
结果输出
最后,在湍流强度为 7.5% 时的 Cp 等值线(图 2)以及在图 3 中得出的对应于不同湍流强度的曲线,其中 I=7.5% 时预测的平均风压系数更好。 另一个准则(表2中的力系数 Cf,0 )可以根据欧洲规范 EN 1991-1-4 中的图 7.28 得到,其值 15% 更接近于欧洲规范。
湍流强度 (%) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf,0 |
1.00 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0.45 |
5,00 | 226 | 1.25 | 30 | 1 | 0.40 |
7,50 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0,46 |
10,00 | 257 | 1.25 | 30 | 1 | 0,46 |
15,00 | 303 | 1.25 | 30 | 1 | 0,54 |
20.00 | 328 | 1.25 | 30 | 1 | 0,58 |
25,00 | 361 | 1.25 | 30 | 1 | 0,64 |
欧洲规范 | <现在wiki>- | <现在wiki>- | <现在wiki>- | <现在wiki>- | 0,55 |
此外,圆柱体模型及其推荐设置可以在这里下载: