稳态雷暴冲击风作用下典型矩形梁断面风压特性数值模拟研究

来源：振动与冲击杂志2024年第21期北京时间：

作者：胡朋，陈飞，韩艳，陈婉婷，李春光，胡广德

单位：1.长沙理工大学土木工程学院，长沙410114；2.河南省交通规划设计研究院股份有限公司，郑州450015

摘要：为研究稳态雷暴冲击风作用下矩形梁断面的风压特性，采用大涡模拟（LES）方法，对不同径向位置下2:1矩形梁断面的绕流场进行数值模拟，并将数值模拟值与风洞试验值进行对比。在此基础上，对矩形梁断面的绕流场和风压分布特性进行了分析，并对矩形梁断面风压功率谱及相关性进行了研究。研究结果表明：在r = 0.6Djet(发展阶段)、r = 1.8Djet(成熟阶段)和r = 4.0Djet(消散阶段)三个典型工况下，矩形梁表面风压系数基本沿着中心轴对称，且矩形梁距离射流中心越远，其风压系数绝对值越小。其中，迎风面风压系数均为正值，下表面及背风面风压系数均为负值，而上表面的风压系数随不同径向距离而变化显著。在r = 1.8Djet位置处，气流在下表面后端发生一定程度的再附，使下表面后端的压力有所增大；在r = 4.0Djet位置处，气流在上表面前端发生分离导致前端负压进一步变大。迎风面区域的旋涡已经形成稳定结构，各测点的脉动风压能量基本保持稳定，背风面的上拐角处附近能量达到最大，而上表面和下表面的前拐角处能量较低。矩形梁断面同面测点风压系数均为正相关，且风压相关性随着测点间距的增加而减小；迎风面测点脉动风压相干性较强，相干函数值在0.9左右；而上表面和背风面测点的脉动风压分别在0.05 Hz附近以及在频率低于0.2 Hz时具有很强的相干性。在气动导纳函数方面，传统的Sears函数值在雷暴冲击风环境下将不再适用。<br>

关键词：雷暴冲击风；矩形梁；大涡模拟；风压系数；脉动风压