風(fēng)工程多媒體(三)教材課件

風(fēng)工程

(三)風(fēng)工程-3第二部分建構(gòu)筑物空氣動力學(xué)概述

繞建構(gòu)筑物的基本流動

建構(gòu)筑物風(fēng)荷載

建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)響應(yīng)

建構(gòu)筑物風(fēng)環(huán)境和舒適性

建構(gòu)筑物空氣動力試驗建構(gòu)筑物空氣動力學(xué)旨在揭示風(fēng)與建構(gòu)筑物相互作用的機理,保證在風(fēng)荷載作用下建構(gòu)筑物的安全性和居住者的舒適性。(1)研究作用在建構(gòu)筑物上的風(fēng)荷載(2)研究建構(gòu)筑物在風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)(3)研究建構(gòu)筑物周圍的風(fēng)環(huán)境和舒適性3.1概述風(fēng)作用的類型(1)順風(fēng)向力：與風(fēng)向一致的力的作用，包括平均風(fēng)作用和脈動風(fēng)作用。其中脈動風(fēng)要引起結(jié)構(gòu)物的順風(fēng)向振動。(2)橫風(fēng)向力：結(jié)構(gòu)物背后的旋渦引起結(jié)構(gòu)物的橫風(fēng)向(與風(fēng)向垂直)的振動，橫風(fēng)向力的作用與截面形狀以及雷諾數(shù)有關(guān)。(3)風(fēng)力扭矩：風(fēng)力對結(jié)構(gòu)偏心作用產(chǎn)生的風(fēng)力扭矩，以及該扭矩對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動。(1)使結(jié)構(gòu)物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到過大的風(fēng)力或不穩(wěn)定。(2)使結(jié)構(gòu)物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過大的撓度或變形，引起外墻、外裝修材料的損壞。(3)由反復(fù)的風(fēng)振動作用，引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞損壞。(4)氣動彈性的不穩(wěn)定，使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生加劇的氣動力，結(jié)構(gòu)愈振愈大，既產(chǎn)生所謂空氣動力失穩(wěn)。(5)由于過大的動態(tài)運動，使建筑物的居住者或有關(guān)人員產(chǎn)生不舒適感。風(fēng)作用的效應(yīng)(1)流體流動的連續(xù)性定理

當(dāng)氣體穩(wěn)定地、連續(xù)不斷地流過一個粗細不等的變截面管道時，由于管道中任一部分的氣體不能中斷，也不能堆積，因此，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在同一時間內(nèi)，流過管道任一截面的氣體質(zhì)量都相等:當(dāng)氣體以低速流動時，可以認為氣體是不可壓縮的，即密度保持不變，此時有:(2)伯努利定理

不可壓、理想流體沿流管作定常流動時，流動速度增加，流體的靜壓將減小；反之，流動速度減小，流體的靜壓將增加。但是流體的靜壓和動壓之和，稱為總壓始終保持不變。伯努利定理就是能量守恒定律在流體流動中的應(yīng)用。描述的是流體在流動過程中流體壓強和速度之間關(guān)系的流動規(guī)律。a1a2b1b2S1xΔL1S2xΔL2伯努利方程推導(dǎo)ΔV1＝Ｓ1.ΔL1ΔV1＝ΔV2＝ΔV

Ｗ1＝F1.ΔL1=P1.S1.ΔL1=P1.ΔV

Ｗ2＝－P2ΔVW＝Ｗ1＋Ｗ2＝（P1－P2）.ΔVS1xΔL1S2xΔL2ΔV2＝Ｓ2.ΔL2伯努利方程(3)低速氣流的流動特點低速氣流在收縮管道中流動時，氣流的流速將增加，氣流的靜壓將減??；反之，在擴張管道中流動時，氣流的流速將減小，而氣流的靜壓將增加。兩船在水中自動靠攏（4）高速氣流的流動特點超聲速氣流在變截面管道中的流動情況。與低速氣流相反，收縮管道將使超聲速氣流減速、增壓；而擴張形管道將使超聲速氣流增速、減壓。

收斂段擴張段拉瓦爾噴管風(fēng)速風(fēng)壓關(guān)系貝努利方程風(fēng)壓基本風(fēng)壓:以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速V0為標(biāo)準(zhǔn),按下式計算:由自由氣流的風(fēng)速提供的單位面積上的風(fēng)壓力為:FyFxMz結(jié)構(gòu)的風(fēng)力V橫風(fēng)力順風(fēng)力扭力矩阻力系數(shù):橫向力系數(shù):扭矩系數(shù):(不對稱結(jié)構(gòu))特征尺度3.2繞建構(gòu)筑物的基本流動二維圓柱繞流二維方柱繞流三維繞流特點雷諾數(shù)：慣性力與粘性力之比繞二維圓柱的流動Re<5(無分離流動)5<Re<40(穩(wěn)定旋渦)VB40<Re<150(層流渦道)300<Re<3e5(湍流渦道)3e5<Re<3.5e6(無規(guī)則)Re>3.5e6(湍流渦道重建)亞臨界區(qū)(Subcritical):300<Re<3e5,旋渦周期性形成和脫落。結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生周期性的確定性振動。超臨界區(qū)(Supercritical):3e5<Re<3.5e6,尾流變窄，旋渦脫落不規(guī)則。結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生不規(guī)則的隨機振動?？缗R界區(qū)(Transcritical):Re>3.5e6,周期性湍流渦道重建，旋渦脫落又變得有規(guī)則。結(jié)構(gòu)又將出現(xiàn)周期性的確定性振動。BV1L斯特勞哈爾數(shù)n=V1/LVV1~V;L~Bn~V/B

n=St.V/BSt=nB/V圓柱體斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系亞臨界區(qū)超臨界區(qū)跨臨界區(qū)Re=0.3繞二維平板流動VRe=10Re=250Re>1000繞二維方柱的流動正方體長方體阻力系數(shù)與雷諾數(shù)和邊緣曲率的關(guān)系r/h=0.021r/h=0.167r/h=0.5k/h=0.02k/h=0.001k/h=0.007k/h=0.002鈍邊物體周圍的氣流幾乎與雷諾數(shù)無關(guān)尾流區(qū)前緣分離和再附側(cè)緣旋渦脫落