哈工大结构风工程课后习题答案.pdfVIP

结构风工程课后思考题参考答案

二、大气边界层风特性

1对地表粗糙度的两种描述方式:指数律和对数律（将公式写上).

2非标准地貌下的风速换算原则（P)和方法（P公式）。

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3脉动风的生成:近地风在流动过程中由于受到地表因素的干扰，产生大小不同

的涡旋，这些涡旋的迭加作用在宏观上表现为速度的随机脉动。在接近地面时,

由于受到地表阻力的影响，导致风速减慢并逐步发展为混乱无规则的湍流.

脉动风的能量及耗散机制：而湍流运动可以看做是能量由低频脉动向高频脉动

过渡，并最终被流体粘性所耗散的过程。在低频区漩涡尺度较大，向中频区（惯

性子区)、高频区（耗散区）漩涡尺度逐渐减小，小尺度涡吸收由惯性子区传递

过来的能量，能量最终被流体粘性所耗散.

4Davenport谱的特点：先写出公式

通过不同水平脉动风速谱的比较：

（1)D谱不随高度变化,而其他谱（如Kaimal谱、Solari谱、Karman谱）则考

虑了近地湍流随高度变化的特点；(D谱不随高度变化,在高频区符合—5/3律，没

有考虑近地湍流随高度变化的特点；）

(2）D谱的谱值比其它谱值偏大，会高估结构的动力反应，计算结果偏于保守。

（3）S(0）=0，意味着L=0，与实际不符.

uu

5湍流度随高度及地面粗糙程度的变化规律：随地面粗糙度的增大而增大，随高

度的增加而减小。

积分尺度随高度及地面粗糙程度的变化规律：大量观测结果表明,大气边界层

中的湍流积分尺度是地面粗糙度的减函数，而且随着高度的增加而增加。

功率谱随高度及地面粗糙程度的变化规律：随着高度增大和粗糙度的减小，能

量在频率上的分布趋于集中，谱形显得高瘦；随着高度减小和粗糙度的增大,能

量在频率上的分布趋于分散,谱形显得扁平.

相干函数随高度及地面粗糙程度的变化规律：随地面粗糙度的增大而减小,随

高度的增加而增大。

6阵风因子与峰值因子的区别：阵风因子G=U’/U，是最大风速与平均风速的比

值；峰值因子g=u/σ是最大脉动风速与脉动风速均方根的比值。

maxu

联系:二者可以相互换算：G=（U+gσ)/U’=1+gσ/U’=1+gI.

uuU

三、钝体空气动力学理论

1钝体绕流的主要特征有：

（1）粘性效应:气体粘性随温度升高而增大,液体粘性随温度升高而减小。

(2)边界层的形成:由于粘性效应,使靠近物体表面的空气流动速度减慢,形成气

流速度从表面等于零逐渐增大到与外层气流速度相等，形成近壁面流动现象。

（3)边界层分离：如果边界层内的流体微粒速度因惯性力减小到使靠近表面的

气流倒流，便出现了边界层分离.

(4）再附：在一定条件下，自建筑物前缘分离的边界层会偶然再附到建筑物表

面，这时附面层下会形成不通气的空腔，即分离泡。每隔一段时间分离泡破裂产

生较大的风吸值，产生一个风压脉冲。

(5)钝体尾流：对于细长钝体，漩涡脱落是在其两侧交替形成的。漩涡脱落时导

致建筑物出现横向振动的主要原因。

（6）下冲气流：由于受到迎风面的建筑物的阻挡作用,使部分气流转向下方形

成漩涡，从而在地面上出现反向气流。

2流体与固体在本构特性上的差异：

流体与变形速度紧密相关，而固体在

弹性阶段剪应力不随变形速度变化而

变化。

(1）固体：弹性体与变形速度无关，理

想弹性体在达到屈服应力后随变形速度增大而增大.

（2）液体：牛顿液体、非牛顿液体、理想流体。

粘性流体中，不仅产生剪应力，还会产生附加的法向应力。基于牛顿流体的本构

关系:P

4

3N—S方程中各项及反应的物理意义。P~P

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瞬态项：即局部导数，代表同一位置处，由于时间变化而引起的速度变化，反

映了场的非定常性。

对流项:即变位导数，代表同意瞬时,由于空间位置变化引起的速度变化，反映了

场的非均匀性。