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粗糙元参数对风洞中大气表面层形成与发展的影响

作　者: 梁村民
导　师: 张鸿雁
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 大气表面层粗糙元空气动力学粗糙度湍流强度
分类号: V211.74
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

风洞中模拟大气表面层是风工程学研究的一项重要的基础性工作,随着风洞模拟技术发展,通过风洞来模拟大气表面层特性发挥着越来越重要的作用。本文以风洞中的大气表面层为研究对象,通过数值模拟和实验研究相结合的方法,对风洞模拟中粗糙元参数对大气表面层特性的影响进行了研究,得到了模型实验区测点位置和空气动力学粗糙度随粗糙元参数改变的变化规律。并且把粗糙元铺设条件相同条件下得到的风洞实验和数值模拟结果进行了比较,数值模拟和风洞实验结果吻合良好。本文所得的主要结论如下:当粗糙元其它铺设条件一定的情况下,空气动力学粗糙度与测量点的位置按照y=Ae^-Bx的指数函数关系变化,大气表面层厚度受测量点位置的影响很小。入口粗糙元位置对大气表面层的参数没有影响。粗糙元铺设密度S＜6.5K时指数函数的系数A、B以及大气表面层厚度按照对数的规律变化;粗糙元铺设密度S≥6.5K时指数函数的系数A、B以及大气表面层厚度按照直线的规律变化。粗糙元的铺设长度改变对模型实验区空气动力学粗糙度影响很小,指数函数的系数A、B亦不随粗糙元的铺设长度改变,大气表面层厚度呈线性增长;指数函数的系数A、B与粗糙元高度满足直线的变化规律,大气表面层厚度与粗糙元高度按对数的规律变化,当粗糙元高度K＞0.055m时由于受到风洞上边壁的影响,继续增大粗糙元高度大气表面层厚度不再发生改变。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
1 绪论  10-14
  1.1 研究的背景及意义  10-11
    1.1.1 大气边界层的基本特征  10-11
    1.1.2 大气表面层的研究方法  11
  1.2 国内外研究的现状  11-12
  1.3 研究的内容和目的  12-14
2 大气表面层的模拟方法  14-25
  2.1 大气表面层的主要参数  14-16
  2.2 大气表面层的风洞模拟方法  16-18
    2.2.1 大气表面层风洞的介绍  16-17
    2.2.2 大气表面层风洞模拟技术  17-18
  2.3 大气表面层的数值模拟方法  18-25
    2.3.1 大气表面层的控制方程  18-19
    2.3.2 数值模拟方法  19-20
    2.3.3 湍流模型  20-22
    2.3.4 微分方程的离散求解  22-25
3 大气表面层的数值模拟研究  25-41
  3.1 数值模型的求解方案  25-27
    3.1.1 数值模型的物理模型  25-26
    3.1.2 网格的建立  26-27
    3.1.3 边界条件  27
  3.2 测量点的位置对大气表面层参数的影响  27-31
  3.3 粗糙元铺设情况对大气表面层的影响  31-41
    3.3.1 入口粗糙元的位置对大气表面层的影响  31-32
    3.3.2 粗糙元的铺设密度对大气表面层的影响  32-35
    3.3.3 粗糙元铺设长度对大气表面层的影响  35-37
    3.3.4 粗糙元高度对大气表面层的影响  37-41
4 大气表面层风洞实验研究  41-49
  4.1 粒子图像测速仪(PIV)技术的介绍  41-42
  4.2 实验结果及分析  42-45
  4.3 模拟和实验结果的比较  45-47
  4.4 模拟结果在实例中的运用  47-49
5 结论  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-53

粗糙元参数对风洞中大气表面层形成与发展的影响

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