论文题目: 建筑风场任意六面体同位网格系统的数值模拟
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 杜王盖
导师: 孙炳楠
关键词: 任意六面体同位网格,错位修正,有限体积法,算法,建筑风场
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 建筑风场数值模拟方法由于具有计算效率高、计算结果处理方便及费用低等优点,得到了广泛的重视和深入的研究。建筑风场数值模拟的成果,其准确性不仅和采用的湍流模型有关,更重要的还和采用的网格系统以及采用的数值计算方法与网格系统的适应性有关。随着作为研究对象的建筑物的外形复杂程度的提高,以及多个建筑物相互影响问题的出现,国内外学者越来越注重网格生成技术的研究。 在目前的建筑风场数值模拟现状中,结构化直角坐标网格、贴体坐标网格和非结构网格都得到不同程度的应用,但是这三种网格有各自的优势也有很明显的限制。吸取结构化直角坐标网格、贴体坐标网格和非结构网格等三种网格形式的优点,切合建筑风场问题的自身特点,建立起一套普遍适用于各种规则与不规则建筑体型的有效的网格生成和数值模拟方法,对建筑风场数值模拟的研究有重要意义。 首先,本文首次提出并自动生成了任意六面体同位网格系统,对于多数建筑风场数值模拟区域通常还是有规则的,可以视为多个初始六面体网格的组成或者最大限度的拟合,采用与结构化直角坐标网格同样的排序对其进行编号,根据控制网格的尺度要求对初始六面体网格进行离散划分,最终生成建筑风场数值模拟通用的任意六面体同位网格系统。该网格系统既保持了结构性网格的数据结构、列式简单的特点,又能如非结构网格一样真实反映复杂边界,网格系统的生成和调整简单而有效,能适合各种规则与不规则建筑体型的建筑风场数值模拟区域的网格生成。 其次,本文针对任意六面体同位网格系统,采用有限体积法建立了控制方程的离散方式,以显式方式对网格非正交性和两相邻单元错位进行了修正,给出了与网格系统相适应的压力校正方程,建立了通用的SIMPLE算法,形成了一套适合建筑风场的任意六面体同位网格系统的数值模拟方法,迄今在国内外尚未见有关上述模式在建筑风场数值模拟中的研究工作的报道。基于上述工作编制了通用的建筑风场数值模拟程序WSB。程序采用FORTRAN语言和MATLAB语言编制,可实现单体和群体建筑风场的数值模拟。 再次,应用开发的WSB程序和任意六面体同位网格系统,对双坡屋面建筑进行了风场模拟,数值模拟结果分别和正立方体网格系统的数值模拟结果以及风洞试验结果进行了比较;也对抗台风试点双坡挑檐低层建筑的风场进行模拟计算,数值模拟结果与非结构网格系统的数值模拟结果和风洞试验结果的进行了比较。这些数值模拟结果表明,程序WSB的网格生成、方程离散和算法实现是正
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 建筑风荷载的研究现状
1．2．1 概述
1．2．2 主要研究方法
1．3 建筑风工程数值模拟的研究现状
1．3．1 数值模拟方法
1．3．2 网格生成技术
1．3．3 建筑物相互干扰的研究现状
1．4 本文的主要工作
第二章 湍流流动的控制方程
2．1 基本方程
2．2 主要的数值模拟方法
2．3 Reynolds时均方程和湍流模型
2．3．1 Reynolds时均方程
2．3．2 湍流封闭模型
2．4、 扩展的k-ε模型
第三章 网格生成
3．1 引言
3．2 网格划分方法
3．3 任意六面体同位网格划分方法
3．4 任意六面体同位网格的生成例子
3．5 小结
第四章 控制方程的离散
4．1 引言
4．2 建立控制体离散方程的方法
4．2．1 计算区域的网格化
4．2．2 建立控制体离散方程的方法
4．3 任意六面体同位网格系统的控制方程离散
4．4 动量和连续性方程的离散化
4．4．1 X方向动量方程的离散
4．4．2 Y方向动量方程的离散
4．4．3 Z方向动量方程的离散
4．4．4 k方程的离散
4．4．5 ε方程的离散
4．4．6 连续性方程的离散
4．5 小结
第五章 求解方法及边界条件的处理
5．1 引言
5．2 任意六面体同位网格系统的SIMPLE算法
5．2．1 压力校正方程
5．2．2 压力和速度的校正
5．3 SIMPLE校正算法的步骤及非线性方程组的迭代解法
5．3．1 SIMPLE校正算法的步骤
5．3．2 非线性方程组的迭代解法
5．3．3 亚松弛方法
5．3．4 流场解的收敛判据
5．3．5 边界条件
5．4 小结
第六章 程序的实现
6．1 程序概要
6．2 程序的主要模块功能
6．2．1 程序结构和各主要模块的功能
6．2．2 数据存储结构
附录: WSB的主程序的主要部分
第七章 单体建筑风场的数值模拟
7．1 引言
7．2 双坡屋面无挑檐低层建筑的风场模拟
7．2．1 数值模拟基本情况
7．2．2 流场分析
7．2．3 表面风压的分析
7．3 双坡屋面前后挑檐低层建筑的风场模拟
7．3．1 数值模拟基本情况
7．3．2 流场分析
7．3．3 表面风压的分析
7．4 小结
第八章 两相邻建筑风场的数值模拟
8．1 引言:
8．2 施扰建筑与受扰建筑物体型相同的情况
8．2．1 流场分析
8．2．1．1 中心顺风向竖直剖面的流场分析
8．2．1．2 顺风向水平剖面的流场分析
8．2．2 表面风压的分析
8．3 施扰建筑为方体建筑的情况
8．3．1 施扰建筑物在受扰建筑物前面的情况
8．3．1．1 流场分析
8．3．1．2 表面风压的分析
8．3．2 施扰建筑物在受扰建筑物后面的情况
8．3．2．1 流场分析
8．3．2．2 表面风压的分析
8．4 施扰建筑为单坡建筑建筑的情况
8．4．1 施扰建筑物在受扰建筑物前面的情况
8．4．1．1 流场分析
8．4．1．2 表面风压的分析
8．4．2 施扰建筑物在受扰建筑物后面的情况
8．4．2．1 流场分析
8．4．2．2 表面风压的分析
8．5 综合的风压分析
8．6 小结
第九章 总结和展望
主要参考文献
致谢
发布时间: 2006-04-20
参考文献
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