7表达几种改变雷诺数效应的方法:
〔1〕提高外表粗糙度和来流湍流度均可减小临界雷诺数,提高最小阻力系数。
其根本在于促进了转捩的提前发生。
〔2〕采用尖角方柱。
尖角方柱的阻力系数根本不随Re变化,别离点位置固定在迎风尖角处。
〔3〕改变压力或温度。
〔4〕改变流场介质。
8斯托拉哈数及其随雷诺数的变化规律〔以圆柱为例进展说明〕:
斯托拉哈数是流体惯性力与粘性力的比值,摆出公式。
随雷诺数的变化规律:
〔1〕在亚临界区,漩涡周期性脱落,St约等于0.19,根本保持不变;
〔2〕在超临界区,漩涡随机脱落,St突增至0.4以上,并随Re的增大而减小;
〔3〕在高超临界区,漩涡规则脱落,St跳跃至0.2以下,约为0.19~0.30,并随Re的增大而增大。
四、构造风振响应分析与等效静力风荷载确定
1频响函数随频率比的变化规律:
当β<1时,H随β增大而略呈增大趋势;
当β在1附近时,构造将发生共振加强,H突然增大,当β=1时H到达峰值1/4ξ2k2;
当β>1后,H随β增大而减小。
2在刚性构造中背景响应与共振响应哪个更显著。
3阵风荷载因子法与惯性力法的区别:
〔1〕根本思想不同:
阵风荷载因子法根本思想:
用峰值响应与平均响应的比值〔阵风荷载因子〕来反映构造对脉动风的放大作用。
惯性力法根本思想:
从构造动力平衡方程出发,研究峰值响从构造动力平衡方程出发,研究峰值响应对应的真实最不利荷载。
〔2〕计算思路不同:
阵风荷载因子法:
通过极值动力响应得到阵风荷载因子,求出等效静风荷载,并得到构造在等效静风荷载作用下的静力响应。
惯性力法:
构造在脉动风荷载作用下的动力响应,可以看作在广义外荷载作用下的静力响应。
结合特征值方程,仅考虑第1阶振型的惯性力作用求得最大静力等效荷载和总静风荷载。
〔3〕适用条件不同:
阵风荷载因子法:
适用于刚度较大的构造。
惯性力法:
适用于构造刚度较小的构造。
4等效静风荷载的计算中需要注意的事项:
〔1〕构造在脉动风荷载作用下的动力响应,可以看作在广义外荷载作用下的静力响应。
〔2〕仅考虑第1阶振型的惯性力作用
〔3〕计算构造其它响应时〔如高层构造的各高度处的剪力和弯矩〕,将有可能低估构造响应。
〔4〕该方法适用于构造刚度较小的构造。
5如何根据构造的响应特点判断响应类型;
〔1〕按响应方向判断:
A假设为顺风向响应,则一般为顺风向抖振;B假设为横风向响应,则为一般为涡激振动或横风向弯曲驰振;C假设既有顺风向又有横风向响应,则为横风向与顺风向振动的组合。
〔2〕按照失稳方式判断:
A假设为弯曲或扭着的单自由度气弹失稳,则为驰振;B假设为弯扭耦合的气弹失稳,则为颤振。
〔3〕按响应性质判断:
A假设为由来流的速度脉动引起的构造随机振动,为抖振;B因构造自身或其它构造形成的涡旋引起的构造受迫振动,为涡激振动;C在*些情况下,鼓励局部可以产生负阻尼成分,当风速到达*值时负阻尼大于正阻尼,此时振幅增大,直到产生失稳式破坏,则为自激振动。
6针对不同的风振响应类型,可采取哪些措施来提高构造的抗风性能
〔1〕顺风向抖振振动,提高构造的抗风性能措施:
可以通过增大构造或构件刚度,或减小质量,从而增大构造基频,使得横风向共振响应区后移,增大背景响应区所占比例,从而减小顺风向抖振响应。
〔2〕横风向涡激响应的控制措施:
A增加构造构件。
最常用的是在构造中增加拉索式构件或加强层。
B安装耗散材料或装置。
C设置调频阻尼器。
〔3〕横风向弯曲驰振的控制措施:
安装调质阻尼器(TMD)提高构造阻尼比以提高临界风速;对矩形截面采用倒角的方法以降低升力系数的负斜率的绝对值,从而提高临界风速;加大构造刚度,提高基频;加大构造的密度和阻尼。
架空输电导线的驰振〔舞动〕的控制措施:
选择合理的线路走向,避开舞动多发地区及微气象、微地形区域;适当提高线路的机械及电气强度,以提高线路抗舞动的能力;对敏感区段加装防舞装置。
通过改变导线特性抑制舞动;通过提高导线系统的自阻尼抑制舞动;通过扰乱沿档气流来抑制舞动;采取有效的防覆冰措施抑制舞动。
〔4〕颤振响应的控制措施:
A防止各种固有频率互相接近。
对于弯扭颤振来讲,应通过改变系统的刚度与质量的大小与分布,防止频率比接近1,使扭转振动与弯曲振动不合拍。
B提高构造或构件弯曲刚度与扭转刚度;C合理降低构造或构件的重心。
7横风向涡激共振P11与驰振临界风速P15计算。
五、风洞试验技术与数据分析
1直流风洞与回流风洞的优劣分析P2
2简述哈工大风洞的主要性能指标:
工业大学风浪联合实验室是一座闭口回流式矩形截面风洞,风洞电机额定功率为907千瓦。
有大小两个试验段,小试验段尺寸为4.0m宽、3.0m高、25m长;大试验段为风浪联合试验段,单独作为风洞试验段时其尺寸为6.0m宽、3.6m高、50m长,水槽的尺寸为5.0m宽、4.5m高、50m长,水槽段有一个5.0宽,5.0长,22m深的深井,在同类边界层风洞中目前仅加拿大大概大学和**科技大学拥有造波系统,是国唯一能够实现风浪联合作用构造试验的大型试验平台。
同时在大试验段安装了人工模拟降雨系统,可进展风-雨联合试验以及风-雨-浪联合试验。
试验风速围从3m/s~50m/s〔小试验段〕和3m/s~30m/s〔大试验段〕连续可调,流场性能良好,试验区流场的速度不均匀性小于1%、湍流度小于0.46%、平均气流偏角小于0.5度。
在小试验段安装了两个用于边界层建筑构造模型试验的自动转盘系统。
两个转盘的直径均为2.5m,可分别用于刚性测压模型和气动弹性模型。
类型:
单回流闭口双实验段风洞
平面尺寸:
88.6m×23.3m
小试验段:
4.0m(宽)×3.0m(高)×25m(长)
大试验段:
6.0m(宽)×3.6m(高)×50m(长)
水槽:
50m(长)×5.0m(宽)×4.5m(深)
深井:
10.0m(长)×5.0m(宽)×22.5m(深)
最大风速:
50m/s〔小试验段〕,30m/s〔大试验段〕
最大波高:
0.4米波浪周期:
0.5秒-5秒
3简述风洞的评价指标:
〔1)清楚所建风洞的用途与需求(风洞)
〔2〕对试验段流场品质的要求:
参照国军标"高速风洞和低速风洞流场品质规"〔G1179-91)对航空航天类风洞的规定指标:
气流均匀性、方向场均匀性、轴向静压梯度、气流湍流度、气流稳定性、点气流偏角、平均气流偏角。
〔3〕风洞能量比尽量高,通常在3~7之间。
风洞能量比=试验段气流动能流率/动力系统输入风洞的功率
〔4〕风洞噪声和振动小:
动力系统设计、各段地基的处理、拐角二次别离的防止等。
〔5〕风洞的适用性和测试准确性。
模型准备和模型装拆方便;风洞使用可靠、维修容易;数采和控制系统可靠且自动化程度高;风洞做小的改动即可适用于多种任务。
配套计算机及测试仪器精度高且可靠;试验测量受电场干扰小。
边界层风洞流场品质指标建议、收缩比。
4简述皮托管、热线风速仪、电子扫描阀、测力天平的工作原理:
皮托管:
目前使用的皮托管是一根双层构造的弯成直角的金属小管,如图5-la)所示。
在皮托管的头部迎流方向开一个小孔A,称总压孔。
在皮托管的头部下游*处又开有假设干小孔B,称为静压孔。
皮托管所测得的流速是皮托管头部顶端所对的那一点流速。
当皮托管没有插入流场时,设*一点的流速为u,静压为P。
为了测得该点流速,我们将皮托管顶端的小孔A对准此点,并使皮托管轴线与流向平行。
这时由于插入了皮托管,A点的流速被滞止为零,压力由原来的静压ρ上升为滞止压力ρ0(或称总压P0)。
ρ0不但包含了流体原来的静压力ρ,而且还包含了由流体功能转化为静压力的局部。
也即如包含了流速U的信息。
只要从ρ0中将原来的静压ρ减去,就可得到流速值u。
为了从理论上建立总压和静压之差与流速的关系,我们先假设流体流动为理想的不可压缩流体的定常流动。
根据理想的不可压缩流体的伯努利方程,对于A点及下游B点可列出如下关系式:
这就是皮托管测量流速的理论公式。
式中,ρ为被测流体的密度;〔P0-P)为总压和静压之差,可用差压计来测量
热线风速仪:
流速计的一种,它的作用原理是将感测元件——一根通以电流而被加热的细金属丝置于通道中,当气体流过它时则将带走一定的热量,此热量与流体的速度有关。
其流速确实定,常用的有两种方法:
一是定电流法,即加热金属丝的电流不变,气体带走一局部热量后金属丝的温度就降低,流速愈大温度降低得就愈多;测得金属丝的温度则可得知流速的大小。
另一种是定电阻法〔即定温度法〕,改变加热的电流使气体带走的热量得以补充,而使金属丝的温度保持不变〔也称金属丝的电阻值不变〕;这时流速愈大则所需加热的电流也愈大,测得加热电流值则可得知流速的大小。
电子扫描阀:
电子扫描阀压力系统是九十年代以来在世界上应用比拟广泛的测压设备。
它是一个高度模块化的数据采集系统,可以满足典型的工业应用,也可以应用于更复杂的风洞和气轮机,配置和操作十分简单。
测力天平:
5雷诺模型与弗劳德模型的相似参数确定
对于具有尖角的钝体,可放宽Re数一致性条件;
对于近流线形断面,要重视雷诺数相似条件。
6设计一个刚性模型风洞试验~~~~(>_<)~~~~太难
7用POD方法进展脉动风压场的分析:
POD方法利用脉动风压协方差的本征向量描述建筑构造的脉动风压场。
计算步骤:
1.得到脉动风压场为p(*,y,t)2.计算脉动风压协方差3.协方差的特征值求解4.特征向量标准正则化5.计算主坐标6.进展分析或用于重构风压场
六、构造抗风设计
1风振响应分析〔力、位移〕、舒适度分析与幕墙抗风分析三者的风荷载取值有何差异.
〔1〕风振响应分析〔力、位移〕:
〔2〕风振舒适度:
通常采用最大加速度来衡量。
A为建筑总迎风面积。
对150m以上的高层建筑需进展舒适度验算。
A顺风向最大加速度计算:
w0取对应10年重现期的根本风压。
M为建筑总质量.
B横风向最大加速度计算
C扭转最大加速度计算
〔3〕幕墙风荷载取值:
"玻璃幕墙技术规"JGJ102-2003规定:
玻璃幕墙的风荷载标准值应按下式计算,并且不应小于1.0kN/m2。
βgz—阵风系数,大致在1.4~2.0之间。
μsl—局部体型系数,对于檐口附近和边角部位可取-1.8,其余墙面可取-1.0,同时尚应考虑-0.2的压系数。
2风振舒适度验算P67-72
3幕墙抗风验算P85