基于邊界層風(fēng)洞的下?lián)舯┝鞣€(wěn)態(tài)風(fēng)場(chǎng)特性數(shù)值模擬

劉志文 陳以榮 辛亞兵 陳政清

摘 ? 要：針對(duì)下?lián)舯┝鞣€(wěn)態(tài)風(fēng)場(chǎng)模擬問(wèn)題，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法（Computational Fluid Dynamics，CFD），首先分別采用二維、三維沖擊射流模型對(duì)下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)特性進(jìn)行研究. 在此基礎(chǔ)上，根據(jù)下?lián)舯┝鲗?duì)橋梁結(jié)構(gòu)作用主要受水平風(fēng)速影響的特點(diǎn)，采用二維數(shù)值模擬方法對(duì)邊界層風(fēng)洞中設(shè)置傾斜平板模擬下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了研究. 最后，設(shè)計(jì)并加工了邊界層風(fēng)洞下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速模擬試驗(yàn)裝置，在邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行了下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速風(fēng)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，并將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果和已有文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了比較. 結(jié)果表明：下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的二維沖擊射流模型模擬結(jié)果與三維沖擊射流模型模擬結(jié)果吻合較好，即二維沖擊射流模型是一種有效的下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)簡(jiǎn)化模擬方法;在邊界層風(fēng)洞中設(shè)置傾斜平板所模擬的下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性，并與沖擊射流模型數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果均吻合較好，即在邊界層風(fēng)洞中設(shè)置傾斜平板可模擬下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速穩(wěn)態(tài)風(fēng)場(chǎng)特性.

關(guān)鍵詞：下?lián)舯┝?水平風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)模擬;沖擊射流模型;傾斜平板;數(shù)值模擬;風(fēng)洞試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U441.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：For the problems of downburst steady wind field simulation， based on Computational Fluid Dynamic （CFD） methods， firstly， 2-dimensional （2-D） and 3-dimensional （3-D） impinging jet models were used to simulate the downburst wind field， and the characteristics of downburst wind field were studied. On this basis， according to the characteristics that the effect of downburst on bridge structures is mainly affected by the horizontal wind speed， the horizontal wind field of downburst in Boundary Layer Wind Tunnel （BLWT） with inclined plate was studied by using 2-D numerical simulation method. Finally， the horizontal wind filed simulation experimental device of the downburst in the BLWT was designed and manufactured， and the horizontal wind field simulation experiment of the downburst was carried out in the BLWT. The numerical simulation results were compared with the experimental results in this study and the results from the existing literature. The comparison results ?show that the simulation results of the 2-D impinging jet model for the downburst wind field are in good agreement with that of the 3-D impinging jet model， that is， the 2-D impinging jet model is an effective simplified simulation method for the downburst wind field. The numerical simulation results of the horizontal wind speed and wind field of the downburst simulated by setting up the inclined plate in the BLWT are in good agreement with the wind tunnel test results， and are in good agreement with the numerical simulation results of impinging jet model and the field measured results， that is， the characteristics of steady horizontal wind filed of downburst flow can be simulated by setting an inclined plate in BLWT.

Key words：downburst;horizontal wind field simulation;impinging jet model;inclined plate;numerical simulation;wind tunnel test

下?lián)舯┝魇侵咐妆┰浦芯植啃缘膹?qiáng)下沉氣流沖擊地面后，沿徑向產(chǎn)生的直線型水平風(fēng)速，最大風(fēng)速可達(dá)240 km/h（約為66.7 m/s）. 根據(jù)下?lián)舯┝饔绊懙姆秶譃槲⑾聯(lián)舯┝鳎ò霃叫∮? km）和宏下?lián)舯┝鳎ò霃酱笥? km），下?lián)舯┝骶哂型话l(fā)性，且風(fēng)速變化劇烈. 下?lián)舯┝鲿?huì)對(duì)輸電線塔、建筑結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生破壞. 已有統(tǒng)計(jì)表明83%的輸電線塔系統(tǒng)破壞事故是由于下?lián)舯┝饕鸬? 近年來(lái)研究表明，美國(guó)和歐洲大部分地區(qū)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載控制值是由雷暴風(fēng)確定[1-2].

Letchford和Lombardo建議在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中考慮下?lián)舯┝髯饔肹3].下?lián)舯┝黠L(fēng)特性研究主要包括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、試驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬研究等. Fujita與Mccarthy等[4-5] 學(xué)者在20世紀(jì)80年代通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)并定義了下?lián)舯┝?，即?qiáng)下沉氣流引起的近地面強(qiáng)風(fēng)，并總結(jié)了一系列下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)特點(diǎn).由于下?lián)舯┝靼l(fā)生時(shí)間和發(fā)生地點(diǎn)隨機(jī)性較強(qiáng)，生命周期短，覆蓋范圍小等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)難度較大.

Hjelmfelt[6]通過(guò)總結(jié)宏下?lián)舯┝鲗?shí)測(cè)數(shù)據(jù)，指出采用沖擊射流裝置可以實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)室中模擬下?lián)舯┝髁鲌?chǎng). Wood等[7]采用了連續(xù)穩(wěn)態(tài)沖擊射流模型，分別進(jìn)行了數(shù)值模擬與試驗(yàn)?zāi)M，得到了下?lián)舯┝髯饔孟驴紤]地形影響的加速因子. Letchford等[8]從工程角度回顧了下?lián)舯┝餮芯?，指出采用穩(wěn)態(tài)沖擊射流模型模擬下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)將丟失下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)環(huán)形渦與陣風(fēng)峰面等動(dòng)態(tài)特點(diǎn). 此外，Letchford等[9]對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了噴嘴的移動(dòng)，研究了噴嘴固定與噴嘴移動(dòng)時(shí)下?lián)舯┝鞯牧鲌?chǎng)特性，以及在兩種流場(chǎng)中的立方體塊表面壓力分布情況. Mcconville等[10]開(kāi)發(fā)了一套試驗(yàn)裝置，采用9組風(fēng)扇來(lái)產(chǎn)生下沉氣流，通過(guò)8組三角形襟翼實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)下?lián)舯┝鞯哪M. 此外，西安大略大學(xué)開(kāi)發(fā)的WindEEE風(fēng)洞，是首座三維風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，可實(shí)現(xiàn)龍卷風(fēng)、下?lián)舯┝鞯确橇紤B(tài)風(fēng)模擬[11]. ?Butler和Kareem[12]利用旋轉(zhuǎn)平板對(duì)穩(wěn)態(tài)下?lián)舯┝鬟M(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值模擬. Moustafa等設(shè)計(jì)了一套多道可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的斜板組成的系統(tǒng)，可以在風(fēng)洞中模擬下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速風(fēng)場(chǎng)，斜板運(yùn)動(dòng)方式采用CFD方法進(jìn)行了優(yōu)化，風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果表明模擬得到的下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速風(fēng)場(chǎng)在時(shí)間和空間上與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果有較好的一致性[13]. 國(guó)內(nèi)學(xué)者段旻等[14]進(jìn)行了帶有可調(diào)節(jié)平板的穩(wěn)態(tài)下?lián)舯┝黠L(fēng)洞模擬，試驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置模擬的下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速分布與經(jīng)驗(yàn)風(fēng)剖面吻合較好.

Oseguera和Bowles，Vicory以及Li等學(xué)者基于不可壓歐拉方程并類(lèi)比傳統(tǒng)邊界層經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，提出了下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)解析模型，但這些半經(jīng)驗(yàn)公式并不能捕捉到下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)非穩(wěn)態(tài)細(xì)節(jié)特征[15-17]. CFD數(shù)值模擬由于可以獲得高分辨率的流場(chǎng)信息、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)荷載估算，廣泛被各國(guó)學(xué)者用于下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)研究. Hjelemfelt等人基于微觀物理全云模型，采用數(shù)值模擬對(duì)下?lián)舯┝鬟M(jìn)行了模擬;Anderson和Mason等人則采用冷源子云模型進(jìn)行了模擬[18-20]. 這些學(xué)者考慮了氣象方面的影響，對(duì)于面向工程的下?lián)舯┝鲾?shù)值模擬具有參考意義，但風(fēng)工程研究側(cè)重風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載作用，此外簡(jiǎn)化模型也有利于工程應(yīng)用. Selvam與Holmes采用了二維沖擊射流模擬計(jì)算域并考慮了地形影響，研究了當(dāng)下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)通過(guò)小山時(shí)，流場(chǎng)風(fēng)速增加情況[21]. 汪之松等采用大渦數(shù)值模擬方法，考慮山脈地形影響建立了二維以及三維沖擊射流模型，分析了山脈高度、間距等地貌因素對(duì)下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的影響[22]. Sengupta和Sarkar[23]采用了數(shù)值和試驗(yàn)方法，對(duì)下?lián)舯┝鲾?shù)值模擬的湍流模型、計(jì)算域和邊界條件進(jìn)行了深入研究. Kim與Hangan采用二維沖擊射流模型計(jì)算域，并選用RSM（Reynolds stress model） 湍流模型計(jì)算得到了下?lián)舯┝鞣嵌ǔＡ鲌?chǎng)，研究了下?lián)舯┝麝囷L(fēng)峰面特點(diǎn)以及流場(chǎng)的雷諾數(shù)相關(guān)性問(wèn)題[24]. Mason等[25]則認(rèn)為SST （Shear Stressed Transport） 湍流模型在沖擊射流的模擬中表現(xiàn)良好. Chay[26]等對(duì)多組不同直徑和不同下沉氣流速度的下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬. 結(jié)果表明，沖擊射流數(shù)值模擬方法在模擬突發(fā)風(fēng)場(chǎng)時(shí)存在一些問(wèn)題，但仍然是一種有效的下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)模擬方法[26]. 鐘永力等[27]基于CFD方法，采用水平平板建立了二維平面壁面射流模型，并模擬了下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面，數(shù)值模擬結(jié)果與下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速經(jīng)驗(yàn)風(fēng)剖面和已有的沖擊射流模型試驗(yàn)結(jié)果吻合較好.

在研究下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)作用方面，Hao與Wu[28]利用滑移網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)了沖擊射流模型下三維移動(dòng)下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)模擬，并基于有限元CSD方法對(duì)大跨度懸索橋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析.

綜上所述，現(xiàn)有研究表明沖擊射流模型的數(shù)值模擬和試驗(yàn)?zāi)M是研究下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的重要方法. 然而，沖擊射流模型通常由于噴嘴直徑較小，形成的風(fēng)場(chǎng)范圍較小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ洼^小，比較適合建筑結(jié)構(gòu)下?lián)舯┝黠L(fēng)效應(yīng)研究. 采用WindEEE專(zhuān)用風(fēng)洞進(jìn)行下?lián)舯┝黠L(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)研究則費(fèi)用相對(duì)較大. 考慮到下?lián)舯┝鲗?duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要取決于其水平風(fēng)，下?lián)舯┝髫Q向風(fēng)速對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向風(fēng)荷載效應(yīng)可以忽略，而由此導(dǎo)致的攻角效應(yīng)則可通過(guò)改變橋梁主梁斷面初始攻角來(lái)考慮. 在傳統(tǒng)大氣邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)水平風(fēng)速模擬對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)下?lián)舯┝黠L(fēng)效應(yīng)研究具有十分重要的意義.

本文擬在大氣邊界層風(fēng)洞中模擬下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速特性，為橋梁結(jié)構(gòu)下?lián)舯┝黠L(fēng)效應(yīng)試驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ). 首先采用二維、三維沖擊射流模型進(jìn)行下?lián)舯┝黠L(fēng)特性數(shù)值模擬研究，以進(jìn)一步了解下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)特性;在此基礎(chǔ)上，在邊界層風(fēng)洞中設(shè)置傾斜平板對(duì)下?lián)舯┝魉椒较蝻L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)研究.

1 ? 下?lián)舯┝鞫S沖擊射流模型模擬

參考湖南大學(xué)2號(hào)邊界層風(fēng)洞第二試驗(yàn)段幾何尺寸確定計(jì)算域，傾斜平板中心距離速度入口4.61 m，可通過(guò)調(diào)節(jié)平板傾角α實(shí)現(xiàn)下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面模擬，分別在距離傾斜平板中心d = 3.5 m、4 m、5 m、6 m處設(shè)置風(fēng)速監(jiān)控點(diǎn)，以分析不同位置處的水平風(fēng)速豎向風(fēng)剖面，計(jì)算域如圖13所示. 計(jì)算域邊界條件設(shè)置如下：計(jì)算域左側(cè)為速度入口邊界（Velocity inlet），來(lái)流風(fēng)速為10 m/s;計(jì)算域右側(cè)為壓力出口邊界（Pressure outlet）;計(jì)算域上、下側(cè)以及下傾斜平板為無(wú)滑移壁面邊界（Wall）.

采用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為方便傾斜平板角度調(diào)整，以?xún)A斜平板中心為圓心建立O型網(wǎng)格，網(wǎng)格各方向增長(zhǎng)率均小于1.2，網(wǎng)格總數(shù)為227 484，網(wǎng)格示意圖如圖14所示. 劃分網(wǎng)格時(shí)，以計(jì)算域形心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，傾斜平板壁面y+分布如圖15所示.

3.2 ? 計(jì)算結(jié)果

綜合考慮，分別采用大渦模擬（LES）和剪應(yīng)力輸送SST k-ω湍流模型進(jìn)行邊界層風(fēng)洞下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)水平風(fēng)速豎向風(fēng)剖面數(shù)值模擬. 時(shí)間、空間離散采用二階迎風(fēng)格式，速度-壓力耦合采用SIMPLEC算法求解，此外動(dòng)量、湍動(dòng)能、湍能耗散率和雷諾應(yīng)力均采用二階格式進(jìn)行離散，計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為0.000 5 s.

為便于比較，將數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行時(shí)均處理，并將結(jié)果按最大風(fēng)速以及其對(duì)應(yīng)高度進(jìn)行歸一化處理. 圖16所示分別為d = 4 m、d = 5 m及傾角分別為α = 41°、α = 49°數(shù)值模擬結(jié)果. 由圖16可知，傾角α = 41° ～ 49°、d = 4 ～ 5 m范圍時(shí)，大渦模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果總體吻合較好. 總體而言，當(dāng)傾斜平板傾角合適時(shí)可實(shí)現(xiàn)下?lián)舯┝鞣€(wěn)態(tài)風(fēng)場(chǎng)水平風(fēng)速豎向風(fēng)剖面模擬.

Oseguera和Bowles，Vicory以及Li等[15-17]學(xué)者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立了下?lián)舯┝魉椒较蜇Q向風(fēng)剖面解析模型. 圖17所示為本文數(shù)值模擬結(jié)果（SST ?k-ω湍流模型，α = 41°，d = 4 m）與上述解析模型比較. 由圖17可知，實(shí)際下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)水平風(fēng)速豎向風(fēng)剖面最大風(fēng)速位置距離地面為h = 70 ～ 80 m左右，此外，Hjelmfelt[6]根據(jù)JAWS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)了典型下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面，其中水平風(fēng)速風(fēng)剖面最大風(fēng)速位置距離地面高度h = 80 m. 綜合考慮，本文后續(xù)計(jì)算取h = 70 m. 根據(jù)實(shí)際下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)最大水平風(fēng)速距離地面的位置h和邊界層風(fēng)洞中模擬的最大水平風(fēng)速距離風(fēng)洞地面的位置h0，可以得到下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速風(fēng)場(chǎng)幾何縮尺比為：

由于傾斜平板角度α以及風(fēng)速監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離傾斜平板中心d不同時(shí)，形成的豎向風(fēng)剖面最大風(fēng)速位置距離計(jì)算域下側(cè)的h0不一樣. 將部分?jǐn)?shù)值模擬結(jié)果的風(fēng)場(chǎng)縮尺比計(jì)算結(jié)果列于表2中. 由表2可知，傾角值α與監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離d越大，最大風(fēng)速位置h0增大，風(fēng)場(chǎng)幾何縮尺比λL也隨之增大.

4 ? 邊界層風(fēng)洞下?lián)舯┝鞣€(wěn)態(tài)風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M

4.1 ? 試驗(yàn)裝置

根據(jù)邊界層風(fēng)洞傾斜平板下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面模擬數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合下?lián)舯┝鞣€(wěn)態(tài)流場(chǎng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了邊界層風(fēng)洞下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面模擬試驗(yàn)裝置，以實(shí)現(xiàn)下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面以及時(shí)變特性模擬. 試驗(yàn)裝置如圖18所示，該裝置主要組成部分為：支撐架、傾斜平板、豎向?qū)ΨQ(chēng)檔板、伺服電機(jī)和控制系統(tǒng). 傾斜平板可實(shí)現(xiàn)水平風(fēng)速豎向風(fēng)剖面模擬，由控制系統(tǒng)控制的伺服電機(jī)可驅(qū)動(dòng)兩側(cè)豎向?qū)ΨQ(chēng)擋風(fēng)板快速轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速的時(shí)變特性模擬. 為了測(cè)量不同高度處風(fēng)速，研制了一套專(zhuān)用風(fēng)速測(cè)量裝置. 通過(guò)伺服電機(jī)控制，眼鏡蛇風(fēng)速儀可沿豎向方便移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的快速測(cè)量，眼鏡蛇風(fēng)速儀采樣頻率為321.5 Hz. 圖19所示為置于風(fēng)洞中的下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面模擬裝置照片.

4.2 ? 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)不斷調(diào)試傾斜平板的位置、傾角α以及風(fēng)速測(cè)試位置距離平板中心d的位置獲得最佳風(fēng)剖面. 圖20給出了d = 3 m、傾角α分別為49°、60°和66°的試驗(yàn)結(jié)果. 由圖20可知，當(dāng)測(cè)試斷面距離為3 m時(shí)，傾角α為66°時(shí)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果比傾角α為49°和60°更接近于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，因此固定傾斜平板角度為66°，調(diào)節(jié)風(fēng)速測(cè)量裝置距傾斜平板的距離，以獲得最佳距離d.

圖21分別顯示了平板傾斜角度為66°時(shí)，不同監(jiān)測(cè)位置水平風(fēng)速豎向風(fēng)剖面試驗(yàn)結(jié)果. 從圖21可以看出，當(dāng)傾斜平板的角度為66°時(shí)，d = 3.5 m和4.0 m風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好. 綜合圖16和圖21可知，下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速剖面數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果存在一定的差異，可能是由于風(fēng)洞試驗(yàn)中下?lián)舯┝髂M裝置支架的干擾效應(yīng)引起.

表3給出了不同傾角α及監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離d處水平風(fēng)速風(fēng)剖面最大風(fēng)速位置h0和風(fēng)場(chǎng)幾何縮尺比λL. 由表3可知，試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)與數(shù)值模擬結(jié)果總體一致，即當(dāng)d值不變時(shí)，隨著傾角α的增大，風(fēng)場(chǎng)幾何縮尺比λL增大.

此外，由于本文僅采用一塊傾斜平板進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，由圖21可知在風(fēng)剖面最大風(fēng)速位置以上試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合效果不理想，考慮到本文試驗(yàn)裝置模擬的最佳下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)幾何縮尺比大約為λL = 1 ∶ 200對(duì)應(yīng)的最大水平風(fēng)速距離風(fēng)洞底部約為h0 = 0.5 m，故當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)高度約為100 m以?xún)?nèi)時(shí)可采用本文方法進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究.

5 ? 結(jié) ? 論

分別采用二維、三維沖擊射流模型對(duì)下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)下?lián)舯┝黠L(fēng)特性進(jìn)行了研究;在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行了邊界層風(fēng)洞下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速模擬，得到如下主要結(jié)論：

1）下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)二維、三維沖擊射流模型數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，且二維沖擊射流模型數(shù)值模擬結(jié)果與三維沖擊射流模型數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好.

2）邊界層風(fēng)洞中設(shè)置傾斜平板數(shù)值模擬結(jié)果表明：在擋板角度α、風(fēng)速監(jiān)測(cè)位置與傾斜平板中心距離d合適時(shí)，形成的水平風(fēng)速豎向風(fēng)剖面與下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面實(shí)測(cè)值吻合較好，為試驗(yàn)?zāi)M裝置設(shè)計(jì)提供了依據(jù).

3）邊界層風(fēng)洞中設(shè)置傾斜平板風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果表明：下?lián)舯┝髂M試驗(yàn)裝置在邊界層風(fēng)洞中可實(shí)現(xiàn)下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速豎向風(fēng)剖面模擬，為橋梁結(jié)構(gòu)下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速效應(yīng)研究奠定了基礎(chǔ).

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