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验证风驱雨作用于低层建筑立面的CFD模拟外文翻译资料

 2022-09-15 03:09  

英语原文共 19 页,剩余内容已隐藏,支付完成后下载完整资料


验证风驱雨作用于低层建筑立面的CFD模拟

Bert Blocken, Jan Carmeliet

建筑物理科技项目系统,埃因霍温理工大学,邮政信箱513,5600MB埃因霍温,

荷兰建筑物理实验室,土木工程学院,比利时鲁汶大学,阿伦伯格40,3001鲁汶,比利时

收到2006年6月29日,接受2006年7月21日

摘要

几十年来,对风驱雨(WDR)下降到建筑物的外墙的数量和强度的评估已经可以通过测量或半经验方法如WDR指数和WDR的关系来得到。在过去的15年里,以计算流体动力学(CFD)为基础的数值评价方法捍卫了他们在WDR研究中的地位。尽管目前这些方法得到了广泛使用,但是验证风驱雨作用于建筑物的CFD模型的研究很少。本文在最近发表的高分辨率全面风、雨和风驱雨的测量数据库的支持下,提出了一个详细的,针对复杂几何形状的低层建筑物的验证研究。结果表明,CFD模拟可以相当准确的预测一定数量的风力雨水冲击建筑立面时,发生的截然不同的降雨事件,其主要的差异,在这项研究中,是上游风力的简化条件。

关键词:风驱雨;暴雨;气流;建筑物;数值模拟;计算流体动力学;验证;实验数据

  1. 介绍

风驱雨作用于建筑外墙的评估方法有三种:(1)测量方法;(2)半经验法;(3)CFD数值计算法。每一类文献综述在[1]中提供。测量一直是风驱雨研究中的主要工具,虽然一种系统性的实验方法在风驱雨研究中是不可行。这是由于不同原因造成的,最重要的是,风驱雨的测量很容易遭受大错误 [2–5]。最近,从风驱雨实验数据库中选取准确可靠数据的规范准则已经被提出了[4,5]。然而,这些指导原则所扮演的严格角色,意味着只有很少降雨事件在风驱雨的数据库中是准确和可靠的,并且适用于风驱雨的研究。风驱雨测量的其他缺点是费时,以及测量在一个特定的建筑工地的数据非常有限的应用到其他地方。这些限制使研究人员在风驱雨的数量和影响气候参数风速、风向、水平降水强度(即:通过一个水平面的降雨强度,以传统的雨量计)之间建立了半经验关系。半经验方法的优点是便于使用;他们的主要缺点是,只有粗略估计的风驱雨排列可以获得[1]。鉴于测量方法和半经验方法的缺点,研究人员意识到研究取得进一步的发展需要通过使用数值方法。在过去的15年里面,计算流体动力学的引用为这一领域风驱雨研究注入了新的活力。崔[6-8]开发了一种数值模拟技术来确定处于稳态条件风雨作用下的建筑物的风驱雨分布规律。这种技术已经普遍被风驱雨研究团队采用。

b . Blocken j . Carmeliet /建筑和环境42(2007)2530 - 2548

术语:

Af 区域的建筑立面面积(m2

Ah 在一定高度上游稳态的水平表面面积(m2

Cd 雨滴阻力系数

Cks 标准壁面函数中的粗糙度修正系数

C2e 可变的K-e湍流模型中雨滴的直径系数

d 雨滴直径(mm)

E 在壁面函数算法中的粗糙度经验系数

Ewdr 误差估计比Swdr/Sh

f(d) 空气中雨滴的概率密度函数(m-1

fh(d) 通过一个水平面的下落雨滴的概率密度函数(m-1

J 指数时间步

K 湍流动能(m2 /s2 )

Ks 物理粗糙度高度

ReR 相对雷诺数

Rh 水平降雨强度,即:通过一个水平面的降雨强度(L/m2h or mm/h)

Rwdr 风驱雨降雨强度(L/m2h or mm/h)

Sh 水平面降雨量,即:通过一个水平面的降雨量(L/m2 or mm)

Swdr 风驱雨降雨量(L/m2 or mm)

t 时间(s)

u*ABL 摩擦速度与进口相关的U,k和e(m/s)

U,V,W 意味着风矢量的垂直和横向分量(m/s)

U10 参考风速10m高的上游稳态流(m/s)

Vt 雨滴降落末速度

X,Z 横向和纵向坐标轴

Y 高度坐标轴

y0 空气动力学粗糙长度(m)

yp 墙的中心P点相邻的单元格与离墙的距离

alpha; 幂律尾指数

△l 雨滴轨迹计算中最大长度步长

ε 湍流耗散率(m2/s3)

eta;d 特定捕获率

eta; 捕获率

Kappa; 冯卡门常数

mu; 空气动力粘度(kg/ms)

rho; 空气密度(kg/m3)

rho;w 水的密度(kg/m3)

sigma;kappa;,sigma;ε 对于k,e动荡的普朗特数

Psi;10 在上游10m高度处风向不受干扰的流量(从北度)

V V向水平风速度矢量(m/s)

R 在XYZ空间中的雨滴R位置矢量(m)

CFD 计算流体动力学

CV 控制容积

RANS 雷诺兹平均Navier–Stokes方程

VLIET 弗利特佛兰芒冲动计划能源技术

WDR 风驱雨

验证是计算流体动力学模拟和湍流模型的重要部分。目前为止,只有少数人尝试着验证风驱雨的计算流体动力学模拟[3,9,10].虽然这些开创性研究非常有价值并且为进一步研究提供了必要的基础,但是,他们专注于单一静止的降雨事件,即:一个确定不变的(静止的)风速、风向、水平降雨强度评估,这些都限制着验证能力。2002年,Blocken和Carmeliet[11]扩展了崔的时域稳态模拟技术。现有的仿真技术被纳入了广义数值模拟模型,用来确定风驱雨在建筑物立面上时间与空间的分布。由于这种扩展,它以成为测量风、雨和风驱雨数据(这在时间上是高速可变的)的手段,用于实现验证的目的。与此同时,一个初步的验证工作在进行,以几个规格的WDR作用的低矮建筑物的测量为基础[11]。在2004年,由Blocken和Carmeliet扩展的风驱雨仿真模型被匹兹堡大学的唐和戴维森[12]成功应用于风驱雨作用于高层大教堂的研究。这个模型所得到的数值模拟结果与相应的测量不同位置的大教堂外墙数据进行比较。除了这两项研究外,再无笔者所知的验证风驱雨扩展

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