基于POD的大渦模擬入流脈動(dòng)合成方法研究

鄭德乾， 顧 明， 張愛(ài)社

(1.河南工業(yè)大學(xué) 土木建筑學(xué)院，鄭州 450001； 2.同濟(jì)大學(xué) 土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092； 3. 山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，濟(jì)南 250101)

基于空間平均的大渦模擬(Large Eddy Simulation, LES)方法可同時(shí)獲得結(jié)構(gòu)表面的平均、脈動(dòng)風(fēng)荷載，且計(jì)算量適中，為應(yīng)用前景廣闊的數(shù)值模擬方法。進(jìn)行大氣邊界層內(nèi)高層建筑繞流問(wèn)題的大渦模擬分析，應(yīng)采取合適的入流邊界條件生成方法，準(zhǔn)確模擬紊流邊界層風(fēng)場(chǎng)，以保證結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載預(yù)測(cè)精度[1]。

目前的LES入流脈動(dòng)合成方法可分為兩類(lèi)：輔助域法[2-3]與直接合成法[4-9]。輔助域法為先在不含研究對(duì)象的計(jì)算域中進(jìn)行LES計(jì)算，保存計(jì)算域某位置處脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程作為大渦模擬的入流邊界條件。雖輔助域法生成的入流脈動(dòng)物理意義清晰，但合成過(guò)程較耗時(shí)。直接合成法則直接在入流面上直接合成具有指定統(tǒng)計(jì)特性及譜特性的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。一般通過(guò)在入流面的平均風(fēng)剖面上疊加由蒙特卡羅法[4-5]或數(shù)字濾波法[6]生成的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程序列合成LES入流脈動(dòng)。與輔助域法相比，直接合成法更高效、便捷。本文采用直接合成法獲得LES入流脈動(dòng)。

在LES計(jì)算中，為捕捉流場(chǎng)中盡量多的小尺度渦，致網(wǎng)格數(shù)目龐大，需采用并行計(jì)算技術(shù)提高計(jì)算效率。與串行計(jì)算不同，在流場(chǎng)并行計(jì)算中，不同的計(jì)算域網(wǎng)格分塊由不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，限制了多數(shù)LES入流脈動(dòng)直接合成法在并行計(jì)算中的應(yīng)用。解決辦法為在入流面各網(wǎng)格點(diǎn)獨(dú)立合成脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程[7-9]，但該類(lèi)方法脈動(dòng)風(fēng)速合成需通過(guò)對(duì)三維能量譜離散實(shí)現(xiàn)，而風(fēng)工程中脈動(dòng)風(fēng)速譜多為頻譜形式。故需發(fā)展既可通過(guò)離散頻譜形式風(fēng)速譜合成脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程，又適用流體并行計(jì)算的LES入流脈動(dòng)直接合成方法。

本文以Karman譜為目標(biāo)譜，采用特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition, POD)型譜表示法[10]合成脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。針對(duì)流體并行計(jì)算特點(diǎn)，發(fā)展適用于流體并行計(jì)算的LES入流脈動(dòng)合成方法，以提高LES方法進(jìn)行紊流風(fēng)場(chǎng)內(nèi)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的預(yù)測(cè)精度?；贔luent軟件平臺(tái)，分別通過(guò)空計(jì)算域紊流邊界層風(fēng)場(chǎng)及寬高比1∶6的單體方形截面高層建筑非定常繞流的LES計(jì)算結(jié)果與剛性模型測(cè)壓試驗(yàn)[11]結(jié)果比較，驗(yàn)證本文方法的有效性。

1 風(fēng)洞試驗(yàn)

某高層建筑寬高比1∶6，見(jiàn)圖1(a)，B=D=0.1 m，H=0.6 m，其剛性模型同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)洞試驗(yàn)室TJ-2大氣邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行[11]，模型縮尺比1∶500。據(jù)該高層建筑所處地面粗糙度類(lèi)別，按1/500縮尺比模擬B類(lèi)風(fēng)場(chǎng)，試驗(yàn)所測(cè)平均風(fēng)剖面與湍流度剖面見(jiàn)圖1(b)、(c)。試驗(yàn)時(shí)將模型置于轉(zhuǎn)盤(pán)中心，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)模擬不同風(fēng)向角。限于篇幅，本文主要對(duì)圖1(a)中0°風(fēng)向角(來(lái)流垂直吹向結(jié)構(gòu))進(jìn)行大渦模擬計(jì)算。風(fēng)洞試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)表面共布置200測(cè)點(diǎn)，此處僅給出用于本文數(shù)值模擬與風(fēng)洞試驗(yàn)比較的模型表面主要測(cè)點(diǎn)(圖1(a))。詳細(xì)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。

2 LES入流脈動(dòng)合成

LES計(jì)算中入流面網(wǎng)格數(shù)量龐大，本文基于POD型譜表示法[10]合成入流面主要網(wǎng)格點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程，采用有限元形函數(shù)進(jìn)行空間插值得出入流面所有網(wǎng)格點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。據(jù)流體并行計(jì)算各節(jié)點(diǎn)調(diào)用關(guān)系及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)，編程實(shí)現(xiàn)流體并行計(jì)算時(shí)已合成脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程序列的讀入、賦值。并給出LES入流脈動(dòng)合成方法的基本原理與實(shí)施步驟。

圖1 風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及試驗(yàn)風(fēng)剖面

2.1 POD型譜表示法

POD特征正交分解為分析復(fù)雜隨機(jī)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)特征的有效工具，該方法通過(guò)建立新坐標(biāo)空間，采用時(shí)空分離技術(shù)簡(jiǎn)化隨機(jī)現(xiàn)象描述。文獻(xiàn)[10]將POD法引入橋梁隨機(jī)風(fēng)場(chǎng)模擬中發(fā)展了POD型譜表示法。該方法物理意義明確，可通過(guò)模態(tài)截?cái)嗵岣哂?jì)算效率。

對(duì)一維N變量零均值的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，其功率譜密度矩陣可表示為：

(1)

其中：ω為脈動(dòng)風(fēng)速圓頻率；Sij(ω)(i,j=1,2,3,…,N)，i=j時(shí)Sij(ω)為脈動(dòng)風(fēng)速自功率譜密度函數(shù)；i≠j時(shí)Sij(ω)為脈動(dòng)風(fēng)速互功率譜密度函數(shù)。

為模擬獲得具有指定譜密度函數(shù)形式的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程，需對(duì)式(1)譜密度矩陣[S(ω)]進(jìn)行分解。采用原型譜表示法(如諧波合成法)時(shí)，對(duì)譜密度矩陣[S(ω)]一般采用Cholesky分解，而POD型譜法則采用POD方法分解[10]，即：

(2)

式中：[φ1(ω)], [φ2(ω)],…, [φN(ω)]與η1(ω),η2(ω),…,ηN(ω)分別為譜密度矩陣[S(ω)]的N階特征向量、特征值，特征向量按特征值降序排列，滿(mǎn)足正交化條件[10]：

(3)

式中：δ為Dirac-δ函數(shù)。譜矩陣特征值代表對(duì)應(yīng)振型包含振動(dòng)能量大小，譜振型則由頻域描述隨機(jī)過(guò)程包含能量的空間分布形式，具有特定物理意義。若前NS階譜振型所含能量足夠大，則可引入模態(tài)截?cái)嗉夹g(shù)進(jìn)行模型縮減[10]：

(4)

采用POD型譜表示法時(shí)，某點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程表達(dá)式[10]為：

(5)

式中：θkl為在[0,2π]間均勻分布的獨(dú)立隨機(jī)相位角；Δω為頻率步長(zhǎng)；ωl= (l-1)Δω為頻率采樣點(diǎn)序列。

誤差分析[10]表明，POD型譜表示法總體相對(duì)隨機(jī)誤差與根方差相對(duì)隨機(jī)誤差小于原型譜表示法。本文用式(5)的POD型譜表示法合成具有指定頻譜特性的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。

2.2 LES入流脈動(dòng)合成參數(shù)選擇

2.2.1 平均風(fēng)剖面

用對(duì)數(shù)律表達(dá)式[12]描述平均風(fēng)速沿高度變化：

(6)

式中：κ=0.42為馮·卡曼常數(shù)；u*為摩擦速度；z0為粗糙長(zhǎng)度，由圖1(b)試驗(yàn)平均風(fēng)剖面擬合獲得，見(jiàn)表1。圖1(b)比較結(jié)果顯示平均風(fēng)剖面擬合值與試驗(yàn)值吻合較好。

表1 B類(lèi)1∶500縮尺比風(fēng)場(chǎng)參數(shù)擬合值

2.2.2 湍流度剖面

數(shù)值計(jì)算時(shí)，湍流模型中湍流黏度系數(shù)與紊流強(qiáng)度成正比，近地面處湍流強(qiáng)度過(guò)大易致湍流黏度系數(shù)過(guò)高而影響數(shù)值計(jì)算收斂，因此風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)的湍流度剖面采用分段函數(shù)進(jìn)行擬合：

(7)

式中：a，b為常數(shù)，由圖1(c)試驗(yàn)湍流度剖面擬合獲得(表1)。湍流度剖面擬合值與試驗(yàn)值比較見(jiàn)圖1(c)，由圖1看出，二者一致性較好。

2.2.3 縱向湍流積分尺度

本文缺少相應(yīng)縱向湍流積分尺度隨高度變化的試驗(yàn)值，而基于不同湍流積分尺度建議公式值有所不同。縱向湍流積分尺度采用日本AIJ規(guī)范[13]建議表達(dá)式。為便于同風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果比較，本文模擬與風(fēng)洞試驗(yàn)相對(duì)縮尺比1∶500風(fēng)場(chǎng)，修正后縱向湍流積分尺度計(jì)算式為：

(8)

式中：λL為模型幾何縮尺比，λL=500。

2.2.4 脈動(dòng)風(fēng)速譜

Karman譜能反映脈動(dòng)風(fēng)速沿高度變化，本文以其為目標(biāo)風(fēng)速譜，Karman譜表達(dá)式變化形式為：

(9)

2.2.5 脈動(dòng)風(fēng)速相干函數(shù)

縱向脈動(dòng)風(fēng)速豎向、橫向相干函數(shù)表達(dá)式為[14]：

(10)

式中：r為空間兩點(diǎn)距離；y1，y2，z1，z2分別為空間兩點(diǎn)橫、豎坐標(biāo)；U(z1)，U(z2)分別為高度z1，z2處平均風(fēng)速；Cy，Cz分別為橫、豎向相干指數(shù)衰減系數(shù)，與平均風(fēng)速、離地高度、地面粗糙度有關(guān)，取Cy=16，Cz=10。

2.3 入流面網(wǎng)格點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速合成步驟

為盡量捕捉到較小渦運(yùn)動(dòng)，LES計(jì)算中需較密網(wǎng)格布置，使入流面網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)增大，若同時(shí)生成入流面所有網(wǎng)格點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程耗時(shí)耗力。故采取入流面網(wǎng)格點(diǎn)分組循環(huán)[4]，或分若干塊并假設(shè)各分塊內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)風(fēng)速完全相關(guān)[5]等措施生成入流面脈動(dòng)風(fēng)速。前者實(shí)施較麻煩，后者會(huì)造成所得入流面上速度場(chǎng)不連續(xù)。本文采用有限元形函數(shù)，空間插值出入流面所有網(wǎng)格點(diǎn)的LES入流脈動(dòng)，盡量保證速度場(chǎng)的連續(xù)性?？紤]入流面網(wǎng)格多為規(guī)則矩形，故采用矩形等參單元進(jìn)行形函數(shù)計(jì)算、插值，實(shí)施步驟為：

(1)在LES入流面上生成一定數(shù)目的點(diǎn)坐標(biāo)，且應(yīng)含入流面邊界上4個(gè)頂點(diǎn)，并在近地面及模型高度附近區(qū)域較密分布，見(jiàn)圖2(a)中“●”；

(2)據(jù)點(diǎn)空間位置關(guān)系，在步驟(1)生成點(diǎn)分別組成的矩形有限單元內(nèi)，選所含相應(yīng)的LES入流面網(wǎng)格點(diǎn)(圖2(b))，分別計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)在所屬矩形單元的形函數(shù)；

(3)用式(5)POD型譜表示法同時(shí)生成步驟(1)點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程，即獲得步驟(2)中各矩形單元4頂點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程；

(4)據(jù)步驟(2)所得入流面網(wǎng)格點(diǎn)在所屬單元的形函數(shù)及步驟(3)生成矩形單元4頂點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程，依次插值出最終LES入流面所有網(wǎng)格點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。

圖2 LES入流面網(wǎng)格點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速空間插值示意圖

除空間插值問(wèn)題外，LES計(jì)算中較小時(shí)間步長(zhǎng)亦會(huì)帶來(lái)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程時(shí)間插值問(wèn)題。本文通過(guò)用POD型譜表示法直接生成與LES計(jì)算相同時(shí)間步長(zhǎng)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)間序列避免該問(wèn)題。

2.4 并行計(jì)算中入流面網(wǎng)格點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程讀入

與串行計(jì)算相比，流體采用并行計(jì)算技術(shù)時(shí)，需對(duì)計(jì)算域網(wǎng)格進(jìn)行分區(qū)，不同網(wǎng)格分區(qū)由不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，并通過(guò)不同區(qū)間的重疊網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸，見(jiàn)圖3(a)。并行計(jì)算存在主進(jìn)程及若干計(jì)算節(jié)點(diǎn)等多個(gè)進(jìn)程，見(jiàn)圖3(b)，其中主進(jìn)程不含任何網(wǎng)格信息，主要負(fù)責(zé)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件的開(kāi)、關(guān)及進(jìn)行命令解釋與傳遞；0#計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)命令分發(fā)及數(shù)據(jù)收集[15]。因此，LES并行計(jì)算時(shí)，需針對(duì)并行計(jì)算特點(diǎn)采用相應(yīng)措施確保合成的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程準(zhǔn)確讀入與賦值。本文先由主進(jìn)程讀取外部存儲(chǔ)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程數(shù)據(jù)文件，傳遞給0#計(jì)算節(jié)點(diǎn)；0#計(jì)算節(jié)點(diǎn)將脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程數(shù)據(jù)分發(fā)給所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)；各計(jì)算節(jié)點(diǎn)將各自脈動(dòng)風(fēng)速數(shù)據(jù)分別賦值給負(fù)責(zé)的入流面分區(qū)網(wǎng)格點(diǎn)。通過(guò)合成的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程數(shù)據(jù)分時(shí)刻存儲(chǔ)及LES計(jì)算中分時(shí)刻讀入網(wǎng)格點(diǎn)風(fēng)速值方法提高LES計(jì)算效率；通過(guò)將LES非定常迭代時(shí)間步引入風(fēng)速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)矩陣辦法解決LES計(jì)算因故中斷退出后繼續(xù)計(jì)算時(shí)入流面網(wǎng)格點(diǎn)風(fēng)速值的正確讀入問(wèn)題。以上處理方法，本文用Fluent UDF編程實(shí)現(xiàn)。

圖3 Fluent并行計(jì)算網(wǎng)格分區(qū)及命令傳遞示意圖[15]

3 單體方形截面高層建筑大渦模擬

基于Fluent軟件平臺(tái)，采用與風(fēng)洞試驗(yàn)[11]相同比例縮尺比，進(jìn)行B類(lèi)1:500縮尺風(fēng)場(chǎng)方形截面高層建筑的LES非定常繞流計(jì)算。計(jì)算域94D×28D× 36D，見(jiàn)圖4(a)。采用非均勻結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)計(jì)算域進(jìn)行離散，近壁面處網(wǎng)格加密，見(jiàn)圖4(b)、(c)，最小網(wǎng)格尺度1/2000D，對(duì)應(yīng)壁面y+值小于5.0。采用網(wǎng)格總數(shù)分別為151萬(wàn)(G1)、90萬(wàn)(G2)兩種劃分方法。采用速度入口邊界條件，為考察本文方法的有效性及精度，LES入流脈動(dòng)合成分別采用本文方法及Fluent內(nèi)置改進(jìn)合成法[9]。計(jì)算域其它位置邊界條件設(shè)置見(jiàn)圖4(a)。

表2為本文LES計(jì)算工況，壓力速度耦合均采用SIMPLEC算法，空間離散采用具有二階精度的bounded central differencing格式；時(shí)間離散采用二階全隱格式，時(shí)間步長(zhǎng)0.0005 s；亞格子模型采用Dynamic Smagorinsky-Lilly模型[16]。

表2 單體方形截面高層建筑LES計(jì)算工況

圖4 LES計(jì)算域、邊界條件設(shè)置及離散網(wǎng)格示意圖

4 結(jié)果與討論

圖5為本文考慮工況下，數(shù)值模擬所得距離模型前方5D處的模擬風(fēng)剖面、速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速譜，與試驗(yàn)[11]風(fēng)剖面及Karman譜的比較。由圖5看出，①所有工況下，數(shù)值模擬所得平均風(fēng)剖面與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果基本一致；②數(shù)值模擬所得紊流度剖面在遠(yuǎn)離地面處與試驗(yàn)結(jié)果吻合相對(duì)較好，而在近地面處均有所衰減，相同網(wǎng)格密度下與結(jié)果[9](G1_LES1工況)相比，采用本文方法合成LES入流脈動(dòng)(G1_LES2工況)，數(shù)值模擬所得紊流度剖面近地面衰減有所改善；③數(shù)值模擬所得脈動(dòng)風(fēng)速譜在低頻處均稍高于Karman譜而高頻處產(chǎn)生衰減，可能因LES計(jì)算網(wǎng)格分辨率不足以捕捉到更小尺度的渦(高頻渦)所致。采用較密網(wǎng)格布置及本文方法合成LES入流脈動(dòng)(G1_LES2工況)時(shí)，脈動(dòng)風(fēng)速譜在高頻處的衰減有所減弱，與Karman譜一致性更好。本文LES數(shù)值模擬計(jì)算所得脈動(dòng)風(fēng)速譜基本能捕捉到無(wú)量綱頻率在0.2～1.0范圍內(nèi)工程中所需高頻脈動(dòng)風(fēng)速譜段即慣性子區(qū)段。

圖5 LES模擬風(fēng)場(chǎng)與試驗(yàn)結(jié)果的比較

圖6為結(jié)構(gòu)表面2/3H高度處測(cè)點(diǎn)平均和根方差風(fēng)壓系數(shù)的LES計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)[11]結(jié)果比較，圖中CP,mean，CP,rms分別為測(cè)點(diǎn)平均與根方差風(fēng)壓系數(shù)，此處及下文中結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓系數(shù)均用模型高度處來(lái)流風(fēng)速無(wú)量綱化。由圖6看出，①所有工況下，LES計(jì)算所得平均風(fēng)壓系數(shù)均與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，但在結(jié)構(gòu)背風(fēng)面LES計(jì)算結(jié)果均較高估計(jì)風(fēng)吸力，此因結(jié)構(gòu)背風(fēng)面處于流動(dòng)分離后的尾流區(qū)，流動(dòng)相對(duì)復(fù)雜，氣流分離會(huì)使風(fēng)吸力較大；②根方差風(fēng)壓系數(shù)雖與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果有偏差，但趨勢(shì)基本一致，相同網(wǎng)格密度下，與結(jié)果[9](G1_LES1工況)相比，用本文方法合成LES入流脈動(dòng)(G1_LES2工況)結(jié)果稍高地估計(jì)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓脈動(dòng)；采用較稀疏網(wǎng)格布置(G2_LES2工況)過(guò)高估計(jì)側(cè)面風(fēng)壓脈動(dòng)值，此因較稀疏網(wǎng)格布置不足以準(zhǔn)確捕捉結(jié)構(gòu)側(cè)面的流動(dòng)分離現(xiàn)象。

圖6 LES模擬所得高層建筑表面2/3H高度處風(fēng)壓系數(shù)統(tǒng)計(jì)值與試驗(yàn)結(jié)果比較

圖7 LES模擬所得高層建筑表面2/3H高度處風(fēng)壓系數(shù)自譜與試驗(yàn)結(jié)果比較

圖8 LES模擬所得高層建筑表面2/3H高度處風(fēng)壓系數(shù)水平相干性與試驗(yàn)結(jié)果比較

圖7、圖8分別為數(shù)值模擬所得結(jié)構(gòu)表面2/3H高度測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)自譜和水平相干性與風(fēng)洞試驗(yàn)[11]結(jié)果比較。由圖7看出，①在結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面，LES計(jì)算所得風(fēng)壓系數(shù)自譜在高頻處衰減較快，此因結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面風(fēng)壓直接受來(lái)流紊流影響，模擬脈動(dòng)風(fēng)速譜均在高頻處衰減所致；②在結(jié)構(gòu)側(cè)、背風(fēng)面，LES計(jì)算所得風(fēng)壓系數(shù)自譜與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果差別較小，結(jié)構(gòu)側(cè)面LES計(jì)算及風(fēng)洞試驗(yàn)所得橫風(fēng)向旋渦脫落無(wú)量綱頻率均為0.1，LES計(jì)算結(jié)果在高頻處所含頻率成分較少，此因網(wǎng)格過(guò)濾效應(yīng)作用所致。由圖8看出，LES計(jì)算所得結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)的水平相干性隨頻率變化較平緩光滑，在低頻處與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，而在高頻處與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果均值線(xiàn)較接近，LES結(jié)果基本反映出測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)水平相干性隨頻率變化規(guī)律。

5 結(jié) 論

針對(duì)流體并行計(jì)算特點(diǎn)，基于POD型譜表示法，發(fā)展適于流體并行計(jì)算的LES入流脈動(dòng)合成方法?；贔luent軟件平臺(tái)，進(jìn)行寬高比1∶6的單體方形截面高層建筑非定常繞流LES計(jì)算，通過(guò)數(shù)值模擬所得風(fēng)場(chǎng)特性、風(fēng)壓系數(shù)統(tǒng)計(jì)值及譜特性，與風(fēng)洞試驗(yàn)及文獻(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果比較，驗(yàn)證本文方法的有效性，結(jié)論如下：

(1)對(duì)紊流風(fēng)場(chǎng)，本文方法可較好模擬平均風(fēng)剖面及紊流度剖面，一定程度上能抑制近地面處紊流度及模擬脈動(dòng)風(fēng)速譜高頻處的衰減現(xiàn)象。

(2)對(duì)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓預(yù)測(cè)，采用較密網(wǎng)格布置及本文方法合成LES入流脈動(dòng)，不僅能較好進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布預(yù)測(cè)，且能較準(zhǔn)確給出風(fēng)壓系數(shù)自譜與水平相干性結(jié)果。

參 考 文 獻(xiàn)

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