考慮地形影響的雷暴沖擊風場特性研究.pdf

1、雷暴沖擊風為雷暴天氣中下沉氣流猛烈沖擊地面并擴散而引起近地面短時強風的災(zāi)害現(xiàn)象，對建筑結(jié)構(gòu)具有極強的破壞性。目前，雷暴沖擊風的研究重點主要集中在平地地形下穩(wěn)態(tài)沖擊風的風場特性上。一方面對各國風荷載規(guī)范中規(guī)定的典型山地地形（坡地和山體）的風場分布特征研究比較少；另一方面考慮雷暴沖擊風非穩(wěn)態(tài)特征的研究也很少。論文對平地、坡地和山體地形下的穩(wěn)態(tài)雷暴沖擊風場和入口風速發(fā)生變化的非穩(wěn)態(tài)沖擊風場進行了相關(guān)研究。
　?。?）對平地、坡地地形下的

2、雷暴沖擊風進行三維縮尺物理實驗，并進行同比例的三維縮尺CFD數(shù)值模擬加以驗證和補充，與已有的分析、經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃蛯崪y數(shù)據(jù)進行對比分析，給出了局部地形參數(shù)變化對于雷暴沖擊風流場、瞬態(tài)風速特征和平均風特性影響的基本規(guī)律。平地地形下最大水平風速出現(xiàn)的徑向位置在距離下沉氣流沖擊地面中心點r=1.0Djet~1.25Djet之間，隨著徑向距離的增加，最大風速值 umax減小，但 umax出現(xiàn)的高度位置升高。在近地面區(qū)域，同一高度水平風速值隨著距離下沉

3、氣流沖擊地面中心點的徑向距離增加而先呈線性增大，達到最大值后又逐漸減小，其水平影響范圍呈現(xiàn)局部性特征。
　?。?）坡地和山體地形下的沖擊射流在檐口位置都有加速效應(yīng)，而起坡位置、坡中位置和坡后2h位置處都沒有加速效應(yīng)。坡地地形下數(shù)值模擬和物理實驗得到的水平風速加速因子隨高度的變化曲線比較吻合。在近地面區(qū)域，坡地地形在檐口位置產(chǎn)生十分明顯的平均風加速效應(yīng)，最大加速因子為1.3左右；隨著坡度增大加速效應(yīng)更加明顯，一是產(chǎn)生加速效應(yīng)（Mt>

4、1）的范圍隨坡度增加而變大，二是加速因子Mt值也隨坡度增加而增大。山體地形在山頂檐口近地面也有明顯的加速效應(yīng)，最大加速因子為1.15；坡度大小對加速效應(yīng)影響不大。總體來說坡地地形對水平風速的加速效應(yīng)比山體地形更加明顯，主要體現(xiàn)在兩個方面：一、本文涉及的情況下，坡地檐口最大加速因子達到1.3左右，而山體檐口最大加速因子為1.15左右；二、坡地檐口沿高度方向有加速效應(yīng)的范圍（z=0-0.05Djet）比山體檐口對應(yīng)的范圍（z=0-0.02D

5、jet）要大。局部地形對豎向風速也有較大影響，地形改變了風速方向，使得風速豎向分量急劇增加。
　?。?）實際的雷暴沖擊風在整個生命周期內(nèi)下沉氣流速度往往是隨時間連續(xù)變化的，一般會經(jīng)歷逐漸增大到最大值后再逐漸減小的過程。對于重要的工程結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計而言，得到雷暴沖擊風整個生命周期的風速時程信息十分有必要。論文基于沖擊射流三維足尺模型模擬雷暴沖擊風場，在入口處引入一個更符合雷暴沖擊風真實演化過程的衰減函數(shù)，采用大渦（LES）數(shù)值模擬獲得