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2022-10-12

RWIND 中的卡门涡街

在 RWIND 中建模 Kármán 涡街

本文主要介绍 RWIND 的卡门涡街建模,

对于某些雷诺数范围,在狭窄而高的物体后面会形成一条涡街。 尤其是在高层建筑多且摩天大楼趋于狭窄的地区,这些涡流会对周围建筑物的风荷载产生影响。 下图显示的是按照 [1] ] 中规定的雷诺数之间的函数关系,

著名的涡街是在大约 100 的雷诺数基础上发展起来的。 当数字增加时,流动变得湍流。 到目前为止,只有在雷诺数过高的情况下才能取得令人满意的结果。 在下面找到 Re = 10e7 的示例。

因此,入口速度必须设置得比计算值高得多,才能触发所需的行为。 理论上可以确定一个准确的极限速度,但需要进行多次单独的模拟(即使对于线性增加的风廓线),由于时间原因已被放弃。 此外,涡旋脱落频率与理论值似乎不相符。 由于分离频率取决于斯特劳哈尔数,因此也取决于流速,因此这种行为是可以预料的。

对于正确形成涡街,最重要的影响因素可能是网格密度。 为了节省资源,RWIND中的网格密度通过增加与风洞中被分析对象的距离来降低。 这种简化对于单个建筑物非常有用,但使得建模 Kármán 涡街变得更加困难。 因此,例如从结构高度开始,在风洞的整个长度上对高于结构高度的截面进行网格细化。 这种细化的效果如下所示。

在本分析中,并未考虑网格细化对周围建筑物极限压力的影响程度。 这需要使用未来的模型进行进一步分析。

由于调整了颜色和细化了网格,结果如下图所示。 稍微倾斜的视图可以更好地区分不同深浅的红色。

有趣的是速度矢量的方向。 最大的湍流位于结构的正后方,显示了方向矢量的理想分布,正如在涡流中所预期的那样。 但是,距离结构较远的较小涡量不会表现出这种行为。 虽然绝对速度分布的假彩色图像可能显示较小的涡流,但所有方向矢量都指向流入的方向。 在流体力学方面,这种现象是荒谬的,但无法确定具体原因。

通过重新细化网格,可以进一步优化涡街。 也可以考虑对方向矢量的反常进行更精细的改进。 然而,这反映在显着更高的内存和计算要求上。 网格细化尽可能小,但可以根据需要尽可能大。 圆柱体'的顶部三分之一(包括到顶部节点的足够距离)可能最适合于此。

总而言之,模拟的涡街在速度和压力分布方面显示出相对较好的结果。 在细节方面,例如方向矢量分布和发射频率,由于求解器本身的局限性,本文中介绍的方法可能会失败。 建议使用最新版本的 RWIND 重复该计算。

[1] 卡门涡街和雷诺数的图像


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