CN109870290A - 一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法 - Google Patents

一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109870290A
CN109870290A CN201910097174.7A CN201910097174A CN109870290A CN 109870290 A CN109870290 A CN 109870290A CN 201910097174 A CN201910097174 A CN 201910097174A CN 109870290 A CN109870290 A CN 109870290A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reynolds number
coarse
corners
test model
rectangular super
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910097174.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109870290B (zh
Inventor
郅伦海
蔡康
程正国
陈育达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN201910097174.7A priority Critical patent/CN109870290B/zh
Publication of CN109870290A publication Critical patent/CN109870290A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109870290B publication Critical patent/CN109870290B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明涉及一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，属于土木工程技术领域，包括以下步骤：S1、根据风洞试验室断面尺寸及原型圆角化方形超高结构的高度确定试验模型的缩尺比；S2、根据风洞试验雷诺数大小及试验模型的圆角率获得对应的粗糙条布置主要参数；S3、依据S2所述的主要参数确定粗糙条厚度、宽度、间隔，制作粗糙条，并将粗糙条沿竖向牢固粘贴在试验模型表面。本发明提出了实用的圆角化方形超高结构雷诺数效应的修正方法，通过在试验模型表面粘贴粗糙条的方式实现低雷诺数条件下模拟气流高雷诺数的效果，克服了风洞试验模型缩尺所不可避免的雷诺数效应问题，进而得到更为准确的超高结构风力评估结果。

Description

一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体是涉及一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法。
背景技术
雷诺数是流体力学中一个重要的无量纲参数，主要表征了惯性力与粘性力的比值。雷诺数的影响几乎渗透到所有存在流体流动的领域。
对于超过风荷载规范规定的超高层建筑物或构筑物，通常采用风洞试验来确定其风荷载。风洞试验的依据是相似性原理，但在实际试验过程中，建筑模型的雷诺数往往只能达到105量级(甚至更低)，远小于实际原型结构的雷诺数(107量级以上)，很难满足雷诺数的相似条件。近年来的大量研究表明，雷诺数效应对流线型结构的风荷载评估结果影响较大。
目前，圆角化方形截面是进行超高结构设计时经常选用的一种截面形式，其风荷载作用机理与单纯的圆截面或方形截面超高结构存在明显的差异。由于这种结构的角部为流线型，在利用风洞试验确定风荷载时易受到雷诺数效应的影响。尽管国内外学者对结构雷诺数效应的相关问题有了一定的认识，但是目前对于建筑结构模型的风洞试验通常较少考虑雷诺数效应，这主要是由于至今结构风工程界尚未建立精确、便捷模拟高雷诺数的方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，包括以下步骤：
S1、根据风洞试验室断面尺寸与原型圆角化方形超高结构的高度确定试验模型的缩尺比；
S2、根据风洞试验雷诺数大小与试验模型的圆角率获得对应的粗糙条布置主要参数；
S3、依据S2所述的主要参数确定粗糙条厚度、宽度、间隔，制作粗糙条，并将粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在试验模型表面；
S4、将粘贴好粗糙条试验模型安放在调试好的风场中开展试验。
作为优选的，S1中在确定试验模型缩尺比时，试验模型在风洞中水平投影面积不超过风洞试验室断面面积的2％。所述的水平投影面积是指沿水平方向的光照射试验模型而形成的投影面积。
作为优选的，S2中所述模型风洞试验雷诺数根据公式Re＝VB/v确定；式中V代表风速，B代表试验模型的截面宽度，ν代表运动黏性系数；所述粗糙条布置主要参数为相对粗糙度ε、相对尺寸ζ与相对距离δ；所述相对粗糙度ε为：ε＝d/B；式中d为粗糙条厚度，B为模型迎风面宽度；所述相对尺寸ζ＝d/D,式中d为粗糙条厚度，D为粗糙条宽度；所述相对距离δ＝▽/D，▽为相邻两粗糙条轴线之间的距离，D为粗糙条宽度。
作为优选的，S3中粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在模型表面时，粗糙条应避免遮挡住设于试验模型上的测压孔，并与测压孔之间保持一定的安全距离，所述的安全距离大于2mm。
作为优选的，所述试验模型的圆角率为15％-35％。
作为优选的，所述原型圆角化方形超高结构的高度大于200m。
作为优选的，所述粗糙条为海绵胶带纸。
作为优选的，所述试验模型由ABS板制得。
本发明的有益效果在于：本发明提出了实用的圆角化方形超高结构雷诺数效应的修正方法，通过在试验模型表面粘贴粗糙条的方式实现低雷诺数条件下模拟气流高雷诺数的效果，克服了风洞试验模型缩尺所不可避免的雷诺数效应问题，进而得到更为准确的超高结构风力评估结果。本领域公知的，对于不同结构之间并不存在着借鉴的可能性，而每一建筑都想要进行雷诺数分析，现有技术中并没有对圆角化方形超高结构的雷诺数效应校正的相关研究，对于建筑结构模型的风洞试验通常也较少考虑雷诺数效应。本发明提供了一种方便快捷、效果显著的消除圆角化方形超高层结构雷诺数效应的方法。
本发明圆角化方形截面是目前进行超高结构设计时常选用的一种截面形式，其风荷载作用机理与单纯的圆截面或方形截面超高结构存在明显的差异。由于这种结构的角部为流线型，在利用风洞试验确定风荷载时易受到雷诺数效应的影响。本发明通过在圆角化方形超高结构试验模型上粘贴粗糙条的方式来消除雷诺数对其试验模型风效应评估结果的影响，可以对应不同的方形截面圆角率、不同的雷诺数条件下，通过灵活变化粘贴在模型表面的粗糙条等方式，来实现低雷诺数风洞试验模型对高雷诺数原型结构表面绕流的模拟，获得更为准确、合理的结构风荷载。
本发明应用简便、实现起来较为简单，适用于建筑结构荷载规范给定的A、B、C、D等多种风场条件。本发明对于改进风洞试验技术、完善结构风荷载理论分析模型具有重要的意义。
本发明的试验模型是用ABS板制作而成，具有足够的强度和刚度，试验模型表面光滑；粘贴粗糙条时避免了遮挡住模型上的测压孔，粗糙条与设于试验模型上的测压孔之间保持安全距离，所述的安全距离大于2mm，可避免对测压孔附近的局部风场产生较大的干扰，进而影响测压孔测试数据的准确性。圆角化方形超高结构试验模型的雷诺数效应问题得到了极大的改善。
附图说明
图1a、图1b分为本发明对应的圆角化方形超高层结构平面、立体布置示意图；
图2是本发明的粗糙条的布置示意图；
图3是实施例1中试验模型的测点平面布置图；
图4为实施例1中0°风向、不同粗糙度条件下试验模型中部测点层表面平均风压系数；
图5为实施例1中45°风向、不同粗糙度条件下试验模型中部测点层表面平均风压系数。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细描述。
实施例1
试验模型的风洞试验在湖南大学建筑与环境风洞试验室进行。边界层风洞的试验段为3.0m×2.5m(宽×高)的矩形。试验采用了均匀流场，在试验室内通过挡板和粗糙元等模拟装置形成规定的风场。如图图1a、图1b、图2所示，风洞试验模型截面采用经圆角化处理的正方形，圆角率(圆角半径R与模型迎风面尺寸B之比)为25％，截面宽度B为250mm，高度H为1.5m，模型缩尺比为1:300，这意味着该试验模型代表着原型圆角化方形超高层建筑的高度为450m。试验模型是用ABS板制作而成，具有足够的强度和刚度，试验模型表面光滑。如图3所示，试验模型表面共布置了9个测试层，每个测试层设置了40个压力测试点，合计360个风压孔，试验进行2个风向(0°、45°)的结构表面风压的测量。试验时，对每个测点，采样时间为60秒，采样频率为325Hz。为了修正试验模型的雷诺数效应，在试验模型表面竖向粘贴海绵胶带纸，胶带纸厚度为1mm，宽度为8mm，两胶带纸间距为30mm。
图4、5给出了两种风向角、不同粗糙度条件下建筑模型中部测点层表面平均风压的分布情况。图中纵坐标代表每个测点的平均压力系数，由公式计算得到，式中T表示采样时间，cpi(t)表示建筑模型表面上第i测点的风压系数历程式中pi(t)对应该位置上的表面风压值，p0、p∞分别表示参考点处的平均总压和平均静压)；横坐标代表试验模型中部一个测点层的表面测点编号(如图3所示)。由图4、5可知，粘贴粗糙条后的试验模型在低雷诺数(雷诺数Re＝86250)条件下测试的平均风压系数，与未粘贴粗糙条试验模型(表面光滑)在高雷诺数(雷诺数Re＝258750)条件下的测试结果吻合较好，这意味着基于本发明方法在试验模型表面粘贴粗糙条后，圆角化方形超高结构试验模型的雷诺数效应问题得到了极大的改善。
除了如实施例1中的布置方式外，如下表1的布置方式也能实现低雷诺数条件下模拟气流高雷诺数的效果，克服了风洞试验模型缩尺所不可避免的雷诺数效应问题；
表1圆角化方形试验模型表面粗糙条具体布置方式
1、相对粗糙度ε定义为：ε＝d/B,式中d为粗糙条厚度，B为模型迎风面宽度；
2、相对尺寸ζ＝d/D,式中d为粗糙条厚度，D为粗糙条宽度；
3、粗糙条相对距离 为相邻两粗糙条轴线之间的距离，D为粗糙条宽度。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据风洞试验室断面尺寸与原型圆角化方形超高结构的高度确定试验模型的缩尺比；
S2、根据风洞试验雷诺数大小与试验模型的圆角率获得对应的粗糙条布置主要参数；
S3、依据S2所述的主要参数确定粗糙条厚度、宽度、间隔，制作粗糙条，并将粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在试验模型表面。
2.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：S1中在确定试验模型缩尺比时，试验模型在风洞中水平投影面积不超过风洞试验室断面面积的2％。
3.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：S2中所述风洞试验雷诺数根据公式Re＝VBν确定；式中V代表风速，B代表试验模型的截面宽度，ν代表运动黏性系数；所述粗糙条布置主要参数为相对粗糙度ε、相对尺寸ζ与相对距离δ；所述相对粗糙度ε为：ε＝d/B；式中d为粗糙条厚度，B为模型迎风面宽度；所述相对尺寸ζ为：ζ＝d/D,式中d为粗糙条厚度，D为粗糙条宽度；所述相对距离δ为： 为相邻两粗糙条轴线之间的距离，D为粗糙条宽度。
4.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：S3中所述粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在试验模型表面时，粗糙条与设于试验模型上的测压孔之间保持安全距离，所述的安全距离大于2mm。
5.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：所述试验模型的圆角率为15％-35％。
6.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：所述原型圆角化方形超高结构的高度大于200m。
7.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：所述粗糙条为海绵胶带纸。
8.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：所述试验模型由ABS板制得。
CN201910097174.7A 2019-01-31 2019-01-31 一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法 Active CN109870290B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910097174.7A CN109870290B (zh) 2019-01-31 2019-01-31 一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910097174.7A CN109870290B (zh) 2019-01-31 2019-01-31 一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109870290A true CN109870290A (zh) 2019-06-11
CN109870290B CN109870290B (zh) 2021-04-06

Family

ID=66918399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910097174.7A Active CN109870290B (zh) 2019-01-31 2019-01-31 一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109870290B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111783325A (zh) * 2020-05-28 2020-10-16 东南大学 采用雷诺数效应模拟的冷却塔气弹测压模型的制作方法
CN115017576A (zh) * 2022-05-19 2022-09-06 中信建筑设计研究总院有限公司 考虑刚度影响的弯剪型高层结构刚重比计算的修正方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8534987B2 (en) * 2010-01-14 2013-09-17 Daniel P. Coffey Wind energy conversion devices
CN106644373A (zh) * 2016-12-31 2017-05-10 石家庄铁道大学 一种大型冷却塔风洞试验的模拟方法
JP6179092B2 (ja) * 2012-11-22 2017-08-16 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 線状構造物の渦励振流体力データ計算プログラム、渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム及び線状構造物の渦励振流体力実験方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8534987B2 (en) * 2010-01-14 2013-09-17 Daniel P. Coffey Wind energy conversion devices
JP6179092B2 (ja) * 2012-11-22 2017-08-16 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 線状構造物の渦励振流体力データ計算プログラム、渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム及び線状構造物の渦励振流体力実験方法
CN106644373A (zh) * 2016-12-31 2017-05-10 石家庄铁道大学 一种大型冷却塔风洞试验的模拟方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邹云峰: "巨型冷却塔群的风效应及其风洞试验方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
陈寅: "矩形截面超高层建筑风荷载雷诺数效应的风洞试验研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111783325A (zh) * 2020-05-28 2020-10-16 东南大学 采用雷诺数效应模拟的冷却塔气弹测压模型的制作方法
CN115017576A (zh) * 2022-05-19 2022-09-06 中信建筑设计研究总院有限公司 考虑刚度影响的弯剪型高层结构刚重比计算的修正方法
CN115017576B (zh) * 2022-05-19 2024-05-03 中信建筑设计研究总院有限公司 考虑刚度影响的弯剪型高层结构刚重比计算的修正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109870290B (zh) 2021-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chay et al. Pressure distributions on a cube in a simulated thunderstorm downburst—Part A: stationary downburst observations
Farell et al. Experiments on the wind tunnel simulation of atmospheric boundary layers
Woo et al. Wind-tunnel measurements in the wakes of structures
CN108254032A (zh) 河流超声波时差法流量计算方法
Zheng et al. Experimental investigation of vortex-induced vibration of a thousand-meter-scale mega-tall building
Schneider et al. Comparing turbulent parameters obtained from LITOS and radiosonde measurements
CN109870290A (zh) 一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法
Banks et al. Assessment of digital image correlation as a method of obtaining deformations of a structure under fluid load
Song et al. Investigation on wind-induced aero-elastic effects of tall buildings by wind tunnel test using a bi-axial forced vibration device
Wang et al. Wind loads on clad scaffolding with different geometries and building opening ratios
Wang et al. Scale effects in wind tunnel modelling
CN203231879U (zh) 桥梁风浪流耦合场、弹性模型及动态响应试验测试系统
CN106932607A (zh) 一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法和装置
Fang et al. Numerical and experimental study of the aerodynamic characteristics around two-dimensional terrain with different slope angles
CN206832399U (zh) 输电铁塔模型的风力测量装置
Lemberg On the wakes behind bluff bodies in a turbulent boundary-layer
CN110132837B (zh) 一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置及方法
CN106706498A (zh) 一种混凝土类材料稳态水渗透系数的测试装置及方法
Zeng et al. Spatial distribution of gusty loads on a rectangular prism in boundary layer flows
Tamura et al. Aerodynamic control of wind-induced vibrations and flow around super-tall buildings
Han et al. Investigation of the Aerodynamic Forces on a 600-m-High Supertall Building by Field Measurements and Wind Tunnel Test
Quan et al. Shielding effects of surrounding buildings on wind loads on low-rise building roofs
Feng et al. Effects of high modes on the wind-induced response of super high-rise buildings
Zhang et al. Reinvestigation of the scaling law of the windblown sand launch velocity with a wind tunnel experiment
Barth et al. Field-scale Computational Fluid Dynamics applied to wind velocity profiles of photovoltaic plant: Case of the QEERI solar test facility, Doha, Qatar

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant