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下击暴流出流段非稳态风场的大气边界层风洞模拟

2022-01-21钟永力晏致涛杨小刚

实验流体力学 2021年6期
关键词:风速

钟永力,晏致涛,,*,李 妍,杨小刚,蒋 森

1.重庆科技学院 建筑工程学院,重庆 401331;2.重庆大学 土木工程学院,重庆 400045

0 引 言

下击暴流是一种在雷暴天气中由强下沉气流猛烈冲击地面而形成并沿地表传播的近地面短时破坏性强风[1]。在雷暴天气中,发生微下击暴流的概率可达60%~70%,产生的近地面强风最大风速可超过60 m/s。在世界范围内,下击暴流造成了大量工程结构物的破坏[2]。

下击暴流具有较强的突发性,较难记录实际的下击暴流事件,因此,风洞试验是研究下击暴流的主要手段。实验室研究下击暴流普遍采用冲击射流装置。早期,冲击射流装置主要用于模拟平稳风场特性,由于水平放置,一定程度上会受到地面的影响。之后,通过将喷嘴悬挂于足够高处,尽量排除了地面的影响[3]。此类试验在后续研究中得到了进一步改进,形成了移动式壁面射流装置[4-5]。同时,可以通过控制冲击射流阀门的开启速度来实现非稳态的下击暴流模拟[6]。国内对下击暴流的物理模拟相对较晚。浙江大学[7]与中国空气动力研究与发展中心[8]建成了类似的动量冲击射流装置。

从物理模型角度而言,冲击射流是模拟下击暴流的逻辑相似模型。然而,由于实验室条件的限制,很难采用冲击射流对下击暴流开展大尺度、较快平移速度的试验研究。即便能够快速移动,试验缩尺比也较小,需要较大的试验空间。目前,国内外文献中最大的喷嘴直径为4.5 m[9],对于如此大的设备,模拟下击暴流的平动(速度可达水平风速的1/3)是非常困难的。……

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