高层建筑三维非定常风场并行计算与数值模拟研究

"高层建筑三维非定常风场并行计算的数值模拟 (2007年)" 这篇论文探讨了高层建筑在风环境中的气动特性，特别是针对风洞试验中观察到的高层建筑模型尾流的漩涡脱落现象。研究人员通过使用计算流体动力学(CFD)软件CFX，并结合消息传递接口(MPI)技术，建立了一个并行计算平台，以解决单机计算能力的局限性，实现了对高层建筑三维非定常风场的数值模拟。 CFD是一种基于数值方法的工具，用于模拟流体流动、热传输和其他相关物理过程。在本研究中，CFX软件被用来模拟空气流动与高层建筑之间的相互作用，而剪应力模型(SST)则被用作湍流模型。SST模型是一种混合型湍流模型，它结合了k-ω模型在近壁区的优势和k-ε模型在自由流区域的优点，能够更好地捕捉复杂流动中的湍流行为，尤其是对于壁面附近的涡旋脱落现象。 论文中提到的并行计算是通过局域网(LAN)实现的，这意味着多台计算机协同工作，分担计算任务，极大地提高了计算效率和处理大规模问题的能力。这种并行计算方法对于处理高层建筑这样复杂几何形状的三维非定常风场问题是必不可少的，因为它涉及大量的计算资源和时间。 在数值模拟过程中，研究人员比较了三维非定常计算结果与风洞试验数据，以验证模型的准确性和可靠性。三维非定常计算可以捕捉到风场流动的瞬时变化，包括尾流中的漩涡脱落，这比传统的三维定常和二维非定常计算更能精确地反映实际风场的情况。定常计算假设流动是时间不变的，而二维计算则忽略了流体的垂直分量，因此在描述复杂的三维风场流动时可能不够精确。 通过对高层建筑表面风压的分析，研究发现三维非定常计算的结果能够更真实地反映出风压随时间和空间的变化，这对于建筑设计和结构工程至关重要，因为这些风压变化直接影响建筑物的稳定性、舒适度以及可能产生的动态响应，如风致振动。 该研究展示了如何利用先进的数值模拟技术和并行计算平台来深入理解高层建筑的风环境，这对提高建筑的风工程设计和风荷载预测具有重要意义。此外，这种方法也为未来其他复杂结构的气动分析提供了参考和借鉴。