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风荷载对于建筑物来说是一项非常重要的荷载,是建筑结构设计中非常关键的一部分,然而在目前的工程设计中,常把风作为一种荷载直接施加在结构物上是不十分确切的。
广泛存在于自然界和工程中的风本质是湍流流动,实际湍流问题的预测主要采用物理实验和数值模拟方法。随着计算机的迅速发展,湍流的数值模拟日益得到重视,已经成为预测自然环境和工程流动的主要手段之一。其中大涡数值模拟(简称大涡模拟,符号LES)是目前国际流体力学界研究的热门课题,同时也是国际性的难题。
本文对粘性不可压湍流大涡模拟进行研究,主要的工作如下:
1.采用标准Galerkin(SG)方法推导欧拉描述粘性不可压湍流LES模型SG有限元方程;
2.为解决流体有限元求解造成的数值振荡问题,将CBS方法引入大涡模拟的研究,推导了欧拉描述粘性不可压湍流LES模型CBS有限元方程;完成欧拉描述LES模型10节点空间四面体单元CBS有限元方程系数矩阵的推导;并编制对流矩阵Gv,边界矩阵Sv,稳定矩阵Kv,亚格了矩阵Yv程序。
3.编制欧拉描述LES模型4节点空间阴面体单元CBS有限元程序,根据模型算例结果与专业软件比较,进行分析。
4.对国家自然科学基金项目进行了软件计算分析。
本文对粘性不可压湍流大涡模拟的计算机数值模拟所做的研究是初步的,更加通用和完善的分析方法和计算程序有待进一步研究和发展。