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起伏地形对高速公路桥梁段区域风场影响的研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 风工程基本理论

1.2.2 高速公路环境影响研究

1.2.3 流场数值模拟

1.2.4 复杂地形环境风的影响

1.3 本文研究内容

2 风场数值模拟方法

2.1 大气边界层风场特性

2.1.1 平均风特性

2.1.2 脉动风特性

2.2 钝体绕流特性

2.3 计算流体动力学基础

2.3.1 计算流动动力学控制方程

2.3.2 湍流数值模拟方法

2.4 在近壁区使用κ-ε模型的问题

2.5 控制方程的离散化方法

2.6 CFD求解过程

3 迎风侧起伏地形条件下桥梁段区域风场数值模拟

3.1 CFD数值分析模型

3.1.1 桥梁模型

3.1.2 起伏地形模型

3.1.3 计算域尺寸

3.1.4 网格划分

3.1.5 边界条件设置

3.2 起伏地形高度的变化对桥梁段区域风场的影响

3.2.1 不同水平面的风场分布

3.2.2 支点、跨中截面的风场分布

3.2.3 指定路径上的风速变化

3.3 起伏地形与桥梁距离变化对桥梁段区域风场的影响

3.4 复杂起伏地形条件下桥梁段区域的风场分布

3.5 小结

4 背风侧起伏地形条件下桥梁段区域风场数值模拟

4.1 CFD数值分析模型

4.2 起伏地形高度的变化对桥梁段区域风场的影响

4.2.1 不同水平面的风场分布

4.2.2 支点、跨中截面的风场分布

4.2.3 指定路径上的风速变化

4.3 起伏地形与桥梁距离变化对桥梁段区域风场的影响

4.4 复杂起伏地形条件下桥梁段区域的风场分布

4.5 小结

5 两侧起伏地形条件下桥梁段区域风场数值模拟

5.1 CFD数值分析模型

5.2 起伏地形高度的变化对桥梁段区域风场的影响

5.2.1 不同水平面的风场分布

5.2.2 支点、跨中截面的风场分布

5.2.3 指定路径上的风速变化

5.3 起伏地形与桥梁距离变化对桥梁段区域风场的影响

5.4 复杂起伏地形条件下桥梁段区域的风场分布

5.5 四种地形条件对桥梁段区域风场影响的对比分析

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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摘要

本文研究内容属于国家自然科学基金项目——“高速公路建设对区域气流场影响的研究”(51178033)的一部分。随着交通事业的高速发展和西部大开发战略的实施,山区高速公路的建设日益增多。由于山区地形较为复杂,很多区段都会架设高速公路桥梁段,以达到跨越不同的地形地貌、实现地区间交互联通的效果。目前,桥梁风工程的研究主要集中在风荷载计算、抗风设计、平坦地形条件下桥梁区域风场的数值模拟等方面,对于起伏地形条件下高速公路桥梁段区域风场的研究目前还不太成熟。因此,通过理论分析及数值模拟,探究起伏地形变化对高速公路桥梁段区域风场的影响是很有意义的。
  本文以计算流体动力学基本理论为基础,利用CFD软件Fluent,对不同起伏地形条件下,高速公路桥梁段区域风场进行数值模拟,主要研究内容有:
  1.对迎风侧起伏地形条件下高速公路桥梁段区域风场进行数值模拟。改变起伏地形的高度、起伏地形与桥梁之间的距离、起伏地形的数量等参数,对比分析不同工况时风场的分布,探讨迎风侧起伏地形的变化对高速公路桥梁段区域风场的影响。
  2.对背风侧起伏地形条件下高速公路桥梁段区域风场进行数值模拟。改变起伏地形的高度、起伏地形与桥梁之间的距离、起伏地形的数量等参数,对比分析不同工况时风场的分布,探讨背风侧起伏地形的变化对高速公路桥梁段区域风场的影响。
  3.对两侧起伏地形条件下高速公路桥梁段区域风场进行数值模拟。改变起伏地形的高度、起伏地形与桥梁之间的距离、起伏地形的数量等参数,对比分析不同工况时风场的分布,探讨两侧起伏地形的变化对高速公路桥梁段区域风场的影响;将平坦地形、迎风侧、背风侧,两侧起伏地形四种工况数值计算结果对比分析,探讨不同类型起伏地形条件下,高速公路桥梁段区域风场的分布规律。
  4.对本文的研究结果进行分析总结,提出需要进一步开展的研究工作。

著录项

  • 作者

    程鹏;

  • 作者单位

    北京交通大学;

  • 授予单位 北京交通大学;
  • 学科 建筑与土木工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 贾影;
  • 年度 2014
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U412.366;
  • 关键词

    风场; 数值模拟; 高速公路桥梁段; 起伏地形;

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