曾令伟, 王汉封,2,*, 彭 思

(1.中南大学 土木工程学院, 长沙 410075; 2.中南大学 高速铁路建造技术国家工程实验室, 长沙 410075)

0 引 言

工程中经常会遇到一端固定于壁面的有限长柱体绕流的问题，如高层建筑等。有限长柱体的流动是高度三维的，与二维流动存在很大差异[1-3]。通常，有限长柱体的流动结构可分为顶部涡或者拖曳涡、展向涡以及底部涡[2,4-5]。顶部涡和底部涡分别诱导产生的沿展向的下扫流和上扫流会减弱展向周期性的旋涡脱落[3,6]。对于有限长柱体，随着壁面边界层厚度的增加，底部涡以及相应的上扫流将会增强[4]；而展向涡的强弱主要取决于柱体的高宽比H/d。当H/d小于临界值时，展向涡由交错排列变为对称排列状态[7-8]，Sakamoto和Arie[7]给出了H/d临界值的建议值，圆柱为3.0，方柱为2.5。

基于时均尾流场的分析，Tanaka和Murata[9]计算了有限长柱体下游的平均涡线。对于H/d分别为1.25和10两种情况，他们发现柱体两侧的涡线在自由端附近相互连接，形成拱形结构。Wang和Zhou[5]对H/d=7的有限长方柱尾流进行了展向和横向的同步流动可视化，发现从瞬时角度看，展向剪切流与自由端剪切流也相互连接，形成拱形结构。Kawai[2]等用三维立体PIV对H/d=2.7的有限长柱体尾流进行的测试验证了上述结论。

在高层建筑的设计中，风荷载和风致振动是至关重要的[10-11]。外形优化是降低高层建筑风荷载和振动最常用的措施之一[11-14]。Kim[12]等探究了棱柱的边数和螺旋化对高层建筑风荷载的影响。结果表明，增加建筑物的棱柱边数，其抗风稳定性会增强，且边数为3和4的高层建筑物的螺旋化处理对其脉动力有明显的抑制效果。……