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桥梁建设 2019年第6期49卷 78-83页

作者：鞠晓臣刘晓光赵欣欣何宇中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 中国铁道科学研究院研究生部北京100081

为了掌握铁路桥梁发生火灾时的温度场和桥下失火安全高度,基于大涡模拟法对火灾场景开展研究。根据铁路桥梁火灾案例调研结果,将铁路桥梁火灾场景设定为桥面列车火灾、开敞式桥下火灾、半开敞式桥下火灾3种,确定3种火灾场景的参数取值... 详细信息

为了掌握铁路桥梁发生火灾时的温度场和桥下失火安全高度,基于大涡模拟法对火灾场景开展研究。根据铁路桥梁火灾案例调研结果,将铁路桥梁火灾场景设定为桥面列车火灾、开敞式桥下火灾、半开敞式桥下火灾3种,确定3种火灾场景的参数取值和火焰尺寸,采用FDS火灾场模拟软件建立火灾场景的模型,分析温度场和升温曲线,并确定桥下失火安全高度。结果表明:桥面列车火灾场景下,铁路桥梁温度场的升温曲线与RABT升温曲线类似;桥下火灾场景下,当桥下高度超过火焰高度的2倍时,桥面处的温度较低,桥面结构安全;桥墩在低于2倍火焰高度的部分仍需要考虑抗火安全问题。

关键词：铁路桥桥梁抗火火灾场景火焰尺寸温度场升温曲线大涡模拟法

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铁路钢桥抗火性能和极限承载力研究

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铁道学报 2023年第3期45卷 70-79页

作者：杨正祥崔闯胡文哲范传斌徐一鸣西南交通大学土木工程学院四川成都610031 深中通道管理中心广东中山528400 保利长大工程有限公司广东广州510000

钢桥因轻质高强、跨越能力大而广泛应用于铁路的交通枢纽和咽喉工程,但近年频发的极端事件—桥梁火灾在铁路桥梁中屡见不鲜,严重威胁结构安全,导致结构产生不可恢复的损伤甚至倒塌。探究在火灾下桥梁性能退化规律,确定火灾下的铁路桥梁... 详细信息

钢桥因轻质高强、跨越能力大而广泛应用于铁路的交通枢纽和咽喉工程,但近年频发的极端事件—桥梁火灾在铁路桥梁中屡见不鲜,严重威胁结构安全,导致结构产生不可恢复的损伤甚至倒塌。探究在火灾下桥梁性能退化规律,确定火灾下的铁路桥梁极限承载能力,是保证铁路桥梁安全运营的基本前提。此处以80 m单线铁路简支钢桁梁桥为研究对象,基于大涡模拟(LES)场模型理论,采用FDS火灾模拟软件分析确定桥上与桥下火灾场景温度场及升温曲线,结合有限元软件通过热-结构耦合分析火灾作用下结构温度场和极限承载能力。研究表明:桥上火灾场景火灾温度场在水平面内分布均匀,受火30 min左右时构件温度接近火灾烟气温度,钢材性能有所弱化;活载较大时,桥门架最先发生屈曲,屈曲系数为0.939,结构可能因高温导致热屈曲失稳。桥下火灾场景影响范围在16 m左右,下弦杆及下平纵联温度最高,桥下净空为5、10 m时,结构分别在受火6.8、22.5 min左右时达到耐火极限,桥下净空为15、20 m时,结构受火灾作用的影响较小;结构临界屈曲荷载随温度升高逐渐减小,各火灾场景结构极限承载能力分别下降34.1%、14%、2.2%、1.5%左右,对距地面15 m范围内的结构杆件、桥墩等考虑抗火安全防护措施。

关键词：铁路钢桥大涡模拟法升温曲线火灾温度场耐火极限极限承载能力

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滑阀V形阀口漩涡空化数值仿真分析

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液压与气动 2022年第4期46卷 110-118页

作者：陆亮王健凌扬洋李鸿向同济大学机械与能源工程学院上海200092 江苏金陵智造研究院有限公司江苏南京210022

使用大涡模拟法(LES)模型、Mixture多相流模型及Schnerr-Sauer空化模型对滑阀V形阀口空化流场进行了数值仿真模拟。分析了V形滑阀在不同出口压力下的速度云图、压力云图和空穴形状,讨论了其中空化产生机制。结果表明:V形滑阀中空化主要... 详细信息

使用大涡模拟法(LES)模型、Mixture多相流模型及Schnerr-Sauer空化模型对滑阀V形阀口空化流场进行了数值仿真模拟。分析了V形滑阀在不同出口压力下的速度云图、压力云图和空穴形状,讨论了其中空化产生机制。结果表明:V形滑阀中空化主要分布在阀口上半部分和阀口后的阀腔中,阀口中的空化由流体漩涡运动的低压引起,阀腔中的空化由流体漩涡运动造成的压力脉动引起;无空化时阀腔中各处压力脉动主频一致,主频随入口压力降低而增大,空化出现后会破坏压力脉动的周期性。

关键词： V形阀口大涡模拟法漩涡空化压力脉动

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大跨度双筒网壳结构的风振响应分析

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钢结构（中英文） 2024年第9期39卷 15-23页

作者：蔡春毅王孟鸿禹豪北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 北京化工大学国有资产与实验室安全管理处北京100044

以河南省某干煤棚大跨双筒网壳结构为研究对象,通过大涡模拟和结构响应计算,研究大跨双筒网壳结构抗风性能及风致破坏风速。大跨度空间结构作为柔性体系对风荷载的作用比较敏感,容易受到非平稳强风的影响而发生振动,导致结构发生破坏甚... 详细信息

以河南省某干煤棚大跨双筒网壳结构为研究对象,通过大涡模拟和结构响应计算,研究大跨双筒网壳结构抗风性能及风致破坏风速。大跨度空间结构作为柔性体系对风荷载的作用比较敏感,容易受到非平稳强风的影响而发生振动,导致结构发生破坏甚至倒塌。故通过模拟生成非平稳脉动风对大跨空间结构进行风振响应分析,为结构抗风措施研究提供依据。首先,依据干煤棚的实际工程参数对结构进行建模,采用ANSYS ICEM CFD和SAP 2000软件,选取非结构化网格划分,同时为确保模拟精度将入流面分为9个区域,用MATLAB软件结合谐波叠加法并通过快速傅里叶变换(FFT)模拟得到非平稳脉动风,叠加时变平均风后得到入流面区域的非平稳强风。其次,利用FLUENT模拟结构在平均风压下5个不同风向角的风压分布,得到建筑表面的风压值,从而确定结构破坏的最不利风向角,在SAP 2000中通过非线性静力弹塑性分析(Pushover法)结构变形情况并结合其风压分布综合确定结构关键区域。最后,利用大涡模拟法(LES)模拟最不利风向角下非平稳强风作用在结构的情况,通过获取关键区域内关键节点的风压时程进一步计算得到节点风荷载时程。对风振响应等数据进行分析确定结构破坏情况,研究其抗风极限承载力,从而获得使结构破坏的抗风极限风速。将模拟结果与结构实际破坏情况进行对比,发现破坏情况相同,表明本文模型的模拟是可靠的。经模拟结果确定,90°为大跨双筒网壳结构最不利风向角,结构中部区域为最不利位置,通过对位移时程的分析,确定结构y方向上的水平位移是导致结构破坏的关键;在瞬时风速达到80 m/s的情况下结构达到抗风极限承载力。

关键词：非平稳脉动风的模拟风振响应大涡模拟法

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双筒网壳结构抗风性能及气动措施优化的研究

双筒网壳结构抗风性能及气动措施优化的研究

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作者：禹豪北京建筑大学

学位级别：硕士

大跨度空间结构体量大、构造复杂等特点决定了它容易受到风的影响而发生振动,强风会严重影响大跨度建筑的安全和使用寿命。本文以河南省某一干煤棚大跨度空间双筒网壳结构被超强风吹毁为题,由于没有当时详细的强风数据资料,且双筒网壳... 详细信息

大跨度空间结构体量大、构造复杂等特点决定了它容易受到风的影响而发生振动,强风会严重影响大跨度建筑的安全和使用寿命。本文以河南省某一干煤棚大跨度空间双筒网壳结构被超强风吹毁为题,由于没有当时详细的强风数据资料,且双筒网壳建筑周围流场情况复杂,无法对该结构的破坏情况进行深入研究。本文通过模拟得到非平稳强风下该双筒网壳建筑周围流场情况并重现该结构被风吹毁的破坏情况,通过对该结构关键区域内关键节点的风压时程、风荷载时程、风振响应等数据对结构破坏情况进行深入分析。根据建筑周围风场的流动情况,提出通过设置局部开合的气动措施方法来改变建筑周围流场的流动情况,进而改善结构抗风性能,提高结构抗风极限承载力。主要工作有如下5项:(1)本文基于河南当地的基本风压信息、场地类别等参数,参考自然风的模拟方法结合超强风的非平稳特性,使用MATLAB软件结合谐波叠加法并使用快速傅里叶变换法加快模拟得到非平稳脉动风,并使用短时平均法得到时变平均风,将非平稳脉动风与时变平均风相加得到非平稳强风。通过对比空间四点非平稳风速时程、非平稳脉动风速时程、功率谱与目标功率谱吻合情况、相关函数等信息,验证该非平稳强风模拟的准确性及可行性。(2)通过ANSYS ICEM CFD和FLUENT软件对该风洞试验模型及其流场建模并计算,选择LES-大涡模拟法结合亚格子模型进行修正模拟的湍流效应;选择壁面自适应局部涡粘(WALE)模型处理壁面效应;选择棱柱体网格划分边界层并且采用三种网格划分方法(结构化网格、非结构化网格、混合网格),采用SIMPLEC算法来计算流场中的压力和速度耦合,对流项选用二阶迎风格式;时间项离散采用有限二阶隐式格式;压力方程采用二阶精度离散格式的方法计算得到建筑表面风压信息,通过Tecplot 360软件绘制建筑表面风压系数云图与李元齐风洞试验数据和模拟数据云图进行对比分析,验证了本文流场模拟方法和数值计算方法的准确性及可行性。(3)首先,根据本文已经验证准确性及可行性的方法模拟得到102.4s的非平稳强风风速时程、功率谱、相关函数等信息。通过ANSYS ICEM CFD和ANSYS FLUENT软件结合已验证准确可行的风场模拟方法合计算方法,构建结构模型及其流场并计算得到最不利风向角下的非平稳强风对结构的作用情况,得到建筑表面风压时程信息。其次,采用非线性静力分析(Pushover法)使用SAP2000软件分析杆件中塑性铰的情况,并结合该双筒网壳结构建筑表面平均风压、风压极值、脉动风压等信息综合判断该结构中的关键区域。详细分析关键区域中各监测点风压时程信息,并通过风压时程结合已验证正确性的STADS软件计算得到该结构各节点风荷载时程信息。最后,结合结构模态分析下的结构关键振型下的频率得到的结构阻尼系数,通过SAP2000采用Newmark法计算该网壳结构风振响应情况。通过分析关键区域中关键节点的位移时程结合不同瞬时风速下结构的塑性铰发展情况,进而重现该结构被强风破坏的情况。(4)大跨度双筒网壳建筑周围流场相较于单筒网壳建筑更为复杂,需要对其周围流场进行细致分析,为其他类似建筑周围空气流动情况提供依据,且由于该建筑为现实建筑,可能具有特殊性,因此本文对比了该建筑实际模型和理想化模型建筑周围流场及建筑表面风压情况。经过对比分析得出可对该建筑进行普适化处理,该建筑模拟得到的结果同样适用于同类型大跨度双筒网壳建筑。本文参考大跨度屋盖结构和高耸建筑的气动措施设计方案和相关研究,提出对该大跨度双筒网壳在不增加杆件或改变材料类型的前提下,通过设置局部开合的气动措施方法来改善该双筒网壳结构的抗风性能,并根据理想化建筑与现实建筑模型周围流场、建筑表面风压、塑性铰区域、节点风荷载时程、节点位移时程等情况进行综合分析,得出在双筒建筑B的背风面h区域设置气动措施。(5)首先对比分析气动措施建筑与原建筑周围流场情况;其次采用同(3)中方法计算得到设置气动措施前后的气动措施建筑与原建筑的关键区域、关键节点的风压时程数据、风荷载时程数据、位移时程数据,并对这些数据进行对比分析,论证气动措施对建筑的影响;最后通过对比分析结构极限风荷载下气动措施建筑与原建筑的塑性铰类型与分布情况,得到通过设置局部开合结构的气动措施方法能够通过改变建筑周围流场的方式来改善结构的抗风性能,提高结构抗风极限承载力。本文提出了一种基于建筑表面局部开合的气动措施方法,不同于传统增强结构刚度的抗风加固方法,此方法是通过改变建筑周围流场来提高并改善结构抗风性能和结构抗风极限承载力,为其他双筒网壳建筑周围复杂流场的研究提供了依据以及为该类建筑抵御超强风的抗风设计方法提供一种经济化的新思路。

关键词：非平稳强风谐波叠加法大涡模拟法 SIMPLEC数值计算气动措施

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非平稳脉动强风的模拟及开合结构减小结构风压的研究

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北京建筑大学学报 2023年第1期39卷 83-92页

作者：禹豪王孟鸿白泽升姚志恒刘迪北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 同圆设计集团股份有限公司济南250101

强风会对大跨结构造成巨大的破坏,以往自然风对结构影响的研究中常将自然风速视为平稳的随机过程,但瞬时强风具有很强的非平稳特性。因此需要根据强风随时间变化的非平稳特性,即频率、平均值、谱函数对强风进行模拟合成,且结构抗风设计... 详细信息

强风会对大跨结构造成巨大的破坏,以往自然风对结构影响的研究中常将自然风速视为平稳的随机过程,但瞬时强风具有很强的非平稳特性。因此需要根据强风随时间变化的非平稳特性,即频率、平均值、谱函数对强风进行模拟合成,且结构抗风设计通常会采用增加结构强度或增大截面来防止瞬时强风造成的破坏,而使成本大大增加。采用对平均风下结构风压最大的区域设计开合结构,强风来袭时,通过控制结构开合来减小结构表面风压,防止风压过大产生结构损害。以河南某大跨发电站煤棚为例,采用谐波叠加法来模拟非平稳脉动风,并结合快速傅里叶变化算法加快运算,将模拟得到的非平稳脉动的强风作为入口的边界条件,通过ANSYS ICEM软件对普通结构和开合结构建模,并导入到ANSYS FLUENT软件中,采用大涡模拟法对普通结构和开合结构分别进行风洞模拟,对比相同非平稳脉动风下普通结构和开合结构的结构风压力,设计开合结构能够有效降低结构风压力满足抗风要求。

关键词：非平稳脉动风快速傅里叶变化大涡模拟法风压分析开合结构

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基于大涡模拟法的液力缓速器内流场仿真分析

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机械工程与自动化 2014年第1期 52-54页

作者：余国保周云波南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为解决目前广泛采用雷诺时均法模拟液力缓速器时容易忽略湍流涡旋、扩散等细节的问题,提出了基于大涡模拟法并同时使用SIMPLEC算法和滑移网格模型,对全充液工况液力缓速器内流场进行仿真分析的方法。确定了涡旋、回流出现的位置,得到了... 详细信息

为解决目前广泛采用雷诺时均法模拟液力缓速器时容易忽略湍流涡旋、扩散等细节的问题,提出了基于大涡模拟法并同时使用SIMPLEC算法和滑移网格模型,对全充液工况液力缓速器内流场进行仿真分析的方法。确定了涡旋、回流出现的位置,得到了内流场速度和压力的分布特性,并在此基础上得到了制动力矩值。得到的制动力矩值与实验结果吻合较好,表明使用大涡模拟法对液力缓速器进行性能预测是准确有效的,其可以为液力缓速器内流场的设计研究和结构参数优化提供参考。

关键词：液力缓速器大涡模拟法仿真分析

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冲压空气排气口气动噪声数值研究

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价值工程 2022年第27期41卷 106-109页

作者：崔永龙缪越林睿段文利中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

为研究冲压空气排气口气动噪声产生机理,基于大涡模拟法和FW-H声学比拟法对噪声进行预测,以某型号民机冲压空气排气口为对象进行数值模拟,研究其噪声产生机制。研究结果表明:偶极子声源和四极子声源是排气口的主要噪声源;排气口的最大... 详细信息

为研究冲压空气排气口气动噪声产生机理,基于大涡模拟法和FW-H声学比拟法对噪声进行预测,以某型号民机冲压空气排气口为对象进行数值模拟,研究其噪声产生机制。研究结果表明:偶极子声源和四极子声源是排气口的主要噪声源;排气口的最大声压级为147dB,平均声压级为130.6dB;在0~3000Hz范围内,声压级幅值较大,随着频率的升高,幅值持续下降。

关键词：大涡模拟法声学比拟法气动噪声

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火灾演变仿真方法及包括其的火灾疏散综合仿真方法

火灾演变仿真方法及包括其的火灾疏散综合仿真方法

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作者：王子甲陈峰朱亚迪刘海旭 100044 北京市海淀区上园村3号

本发明公开了一种火灾演变仿真方法，该方法包括以介观方法的格子玻尔兹曼方法为基础，针对地铁站内火灾特点融合相关理论方法，建立了二维火灾仿真模型，在格子玻尔兹曼方法基础模型中添加温度分布函数演化方程，构建双分布函数热格子... 详细信息

标准号: CN108733876B

本发明公开了一种火灾演变仿真方法，该方法包括以介观方法的格子玻尔兹曼方法为基础，针对地铁站内火灾特点融合相关理论方法，建立了二维火灾仿真模型，在格子玻尔兹曼方法基础模型中添加温度分布函数演化方程，构建双分布函数热格子方法模型，模拟流体中的热传递；采用大涡模拟法进行湍流模拟，引入亚格子模型，利用物理黏度和涡黏度重构模型中的松弛时间，构建格子玻尔兹曼亚格子模型；引入流体中障碍物的边界处理格式，模拟流体对于障碍物的绕流；通过涡限制方法求解计算，重现烟雾浓度扩散过程。该方法优化了火灾演变仿真，提高了仿真真实度、降低了仿真误差。本发明还公开了一种包括上述火灾演变仿真方法的火灾疏散综合仿真方法。

关键词：格子火灾格子模型模拟流体黏度障碍物构建温度分布函数大涡模拟法边界处理方法模型仿真模型仿真误差分布函数火灾疏散火灾特点基础模型浓度扩散演化方程引入地铁站热传递真实度湍流二维流体求解绕流重构烟雾松弛重现融合优化

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350km/h高速列车车端连接处空腔噪声机理分析

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噪声与振动控制 2020年第6期40卷 67-72页

作者：王浩史佳伟韩健肖新标西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学机械工程学院成都610031

在我国某主干线上运行的某型时速350公里高速列车的非全封闭风挡的车端连接处产生强烈低频噪声。对此,采用试验与数值模拟相结合的方法分析该噪声主频的产生机理。首先,通过线路试验测试内、外风挡间的空腔噪声响应以准确获得噪声的频... 详细信息

在我国某主干线上运行的某型时速350公里高速列车的非全封闭风挡的车端连接处产生强烈低频噪声。对此,采用试验与数值模拟相结合的方法分析该噪声主频的产生机理。首先,通过线路试验测试内、外风挡间的空腔噪声响应以准确获得噪声的频谱与源强特性;然后,基于腔体流致噪声产生机理初步分析噪声主频形成的可能原因;最后,采用可压缩流的大涡模拟法建立高速列车车端连接处近场气动噪声预测分析模型,对内、外风挡间空腔噪声进行计算以验证初步分析结果,从而确定其形成机理。结果表明,初步分析中预测公式与数值模拟的结果均和试验中的37.0 Hz主频很好吻合;在安装开口式外风挡情况下,高速列车车端连接处空腔噪声主频的产生与开口前缘的周期性涡脱落和内、外风挡所围空腔形成的“Helmholtz共振腔”有关;外风挡的下开口对于高速列车车端连接处主频为37.0 Hz噪声影响更为显著。

关键词：声学高速列车车端连接处空腔噪声大涡模拟法主频

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