J.Y. WANG 的书单

“你会的哪本书里都有,你不会的哪本书里都没有。”——在此留下足迹,供后来者按图索骥。

reading

编程相关
I.M. Smith, D.V. Griffiths. Programming the Finite Element Method, 4th Edition. John Willey & Sons, 2004
Singiresu S. RAO. The Finite Element Method in Engineeting, 4th Edition. Elsevier Science & Technology Books, 2004
Les Piegl, Wayne Tiller. The NURBS Book, 2nd Edition. Springer, 1996
彭国伦. Fortran 95 程序设计. 中国电力出版社, 2002
鸟哥 著. 鸟哥的Linux私房菜:基础学习篇(第3版). 人民邮电出版社, 2010
鸟哥 著. 鸟哥的Linux私房菜:服务器架设篇(第3版). 人民邮电出版社, 2012
吴永进, 林美樱. AutoCAD程序设计魔法秘笈: AutoLISP+DCL+Visual LISP篇. 基峰资讯股份有限公司, 2008
精锐创作组. MathCAD 2001 数学运算完整解决方案. 人民邮电出版社, 2001
高洛峰, 细说PHP(第2版). 电子工业出版社, 2012

ANSYS相关
王新敏. ANSYS工程结构数值分析. 人民交通出版社, 2007
王新敏. ANSYS结构分析单元与应用. 人民交通出版社, 2011
博弈创作室. APDL参数化有限元分析技术及其应用实例. 中国水利水电出版社, 2004
周宁. ANSYS-APDL高级工程应用实例分析与二次开发. 中国水利水电出版社, 2007
陈志华, 刘红波, 周婷等. 空间钢结构APDL参数化计算与分析. 中国水利水电出版社, 2009
浦广益. ANSYS Workbench基础教程与实例详解(第二版). 中国水利水电出版社, 2013
张洪伟, 高相胜, 张庆余. ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用, 2013

结构原理
T.Y. Lin, Sidney D. Stotesbury 著. 高立人, 方鄂华, 钱稼茹 译. 结构概念和体系, 第二版. 中国建筑工业出版社, 1992
T.Y. Lin, Ned H. Burns 著. 路湛沁, 黄棠, 马誉美 译. 预应力混凝土结构设计, 中国铁道出版社, 1983
S.P. Timoshenko, S. Woinowsky-Krieger. Theory of Plates and Shells. McGraw-Hill, 1959
S.P. Timoshenko, J.M. Gere. Theory of Elastic stability. McGraw-Hill, 1961
S.P. Timoshenko, J.N. Goodier. Theory of Elasticity, 3rd Edition. McGraw-Hill, 1970

地震工程
Anil K. Chopra 著. 谢礼立, 吕大刚 等译. 结构动力学——理论及其在地震工程中的应用, 第二版. 高等教育出版社, 2005
大崎顺彦 著. 吕敏申,谢礼立 译. 地震动的谱分析入门. 地震出版社, 1980
Edward L. Wilson 著. 金土木, 标准院 译. 结构静力与动力分析——强调地震工程学的物理方法, 第四版. 中国建筑工业出版社. 2006

风工程
黄本才, 汪丛军. 结构抗风分析原理及应用, 第二版. 同济大学出版社, 2008
张相庭, 结构风工程-理论、规范、实践. 中国建筑工业出版社, 2006

钢结构设计
陈绍蕃. 钢结构设计原理, 第三版. 科学出版社, 2005
陈骥. 钢结构稳定理论与设计, 第四版. 科学出版社, 2008
李星荣, 魏才昂, 丁峙崐, 李和华. 钢结构连接节点设计手册, 第二版. 中国建筑工业出版社, 2005
童根树. 钢结构设计方法. 中国建筑工业出版社, 2007
童根树. 钢结构的平面内稳定. 中国建筑工业出版社, 2005
童根树. 钢结构的平面外稳定. 中国建筑工业出版社, 2007
沈世钊, 陈昕. 网壳结构稳定性. 科学出版社, 1999
沈世钊, 徐崇宝, 赵臣, 武岳. 悬索结构, 第二版. 中国建筑工业出版社, 2006
董石麟, 罗尧治, 赵阳. 新型空间结构分析、设计与施工. 人民交通出版社, 2006
J.A. Packer, J.E. Henderson, J.J. Cao 著. J.J. Cao 译. 空心管结构连接设计指南. 科学出版社, 1997
J. Wardenier 著. 张其林, 刘大康 译. 钢管截面的结构应用. 同济大学出版社. 2004
陆赐麟, 尹思明, 刘锡良. 现代预应力钢结构. 人民交通出版社, 2007
斋藤公男 著. 季小莲, 徐华 译. 空间结构的发展与展望——空间结构设计的过去、现在、未来. 中国建筑工业出版社, 2006
日本钢结构协会 著. 陈以一, 傅功义 译. 钢结构技术总览: 建筑篇. 中国建筑工业出版社, 2003
日本钢结构协会 著. 陈以一, 傅功义, 严敏, 黄晓平 译. 钢结构技术总览: 实例篇. 中国建筑工业出版社, 2004
陈友泉, 魏潮文. 门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义. 中国建筑工业出版社, 2009

欧洲规范相关
SCI出版物系列. 英国钢结构学会
Non-contradictory, complementary information (NCCI) 系列. Access Steel.
Designers’ Guide to the Eurocodes 系列. Tomas Telford Publishing.
R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete, 3rd Edition. Blackwell Publishing, 2004
N.S. Trahair, M.A. Bradford, D.A. Nethercot, L. Gardner. The Behaviour and Design of Steel Structures to EC3, 4th Edition. Taylor & Francis, 2008
L.H. Martin, J.A. Purkiss. Structural Design of Steelwork to EN 1993 and EN 1994, 3rd Edition. Elsevier, 2008
Trevor Draycott, Peter Bullman. Structural Elements Design Manual Working with Eurocodes, 2nd Edition. Elsecier, 2009
R.S. Narayanan, C.H. Goodchild. Concise Eurocode 2. Concrete Centre, 2006
A.J. Bond, T. Harrison, R.S. Narayanan, O. Brooker, R.M. Moss, R. Webster, A.J. Harris. How to Design Concrete Stuctures using Eurocode 2. Concrete Centre, 2006
L.H. Martin, J.A. Purkiss. Concrete Design to EN 1992, 2nd Edition. Elsecier, 2006.
Jack Porteous, Abdy Kermani. Structural Timber Design to Eurocode 5. Blackwell, 2007.
Andrew Bond, Andrew Harris. Decoding Eurocode 7. Taylor & Francis, 2008
Ahmed Y. Elghazouli. Seismic Design of Building to Eurocode 8. Taylor & Francis, 2009
Simon Polley. Understanding the Building Regulations, 2nd Edition. E & FN Spon, 2001
Buick Davison, Graham W. Owens 著. 董聪, 钟军军, 夏开全等译. 钢结构设计手册, 第六版. 中国电力出版社, 2009
贡金鑫, 车轶, 李荣庆 编. 混凝土结构设计-按欧洲规范. 中国建筑工业出版社, 2009

投资相关
Thomas Piketty 著. 巴曙松, 陈剑, 余江, 周大昕, 李清彬, 汤铎铎 译. 21世纪资本论. 中信出版社, 2014
John J. Murphy 著. 丁圣元 译. 金融市场技术分析. 地震出版社, 2010
Steven Nison 著. 丁圣元 译. 日本蜡烛图技术. 地震出版社, 1998
丁圣元 著. 投资正途(第二版). 地震出版社, 2008
中国期货业协会 编. 期货投资者教育系列丛书. 中国财政经济出版社, 2011(本系列丛书共22本,包括21本商品期货:铜、锌、铝、铅、黄金、钢材、焦炭、燃料油、甲醇、天然橡胶、线型低密度聚乙烯、聚氯乙烯、精对苯二甲酸、棉花、玉米、小麦、早籼稻、大豆、菜籽油、棕榈油、白糖;以及1本股指期货)
中国期货业协会 编. 期货投资者教育系列丛书. 中国财政经济出版社, 2014(新增加的9本,包括:铁矿石、动力煤、玻璃、鸡蛋、纤维板和胶合板、菜籽系列、稻谷、白银、石油沥青)
中国期货业协会 编. 金融衍生品系列丛书. 中国财政经济出版社, 2013(本系列丛书共5本:国债期货、外汇期货、场外衍生品、金融期权、结构化产品)
时寒冰 著. 时寒冰说未在二十年经济大趋势(现实篇、未来篇). 上海财经大学出版社. 2014
曼昆 著. 梁小民, 梁砾 译. 经济学原理, 第五版. 北京大学出版社, 2009

社科人文相关
崔瑞德,费正清 著. 剑桥中国史. 中国社会科学出版社, 1992(已出版的包括:秦汉史、隋唐史、辽西夏金元史、明代史、晚清史、中华民国史、中华人民共和国史)
南怀瑾 著述. 南环瑾选集. 复旦大学出版社. 2006(包括:论语别裁、老子他说、孟子旁通、易经杂说、易经系传别讲、禅宗与道家、道家、密宗与东方神秘学、静坐修道与长生不老、禅海蠡测、禅话、中国佛教发展史略、中国道教发展史略、历史的经验、亦新亦旧的一代、中国文化泛言、如何修证佛法、药师经的济世观、学佛者的基本信念、金刚经说什么、楞严大义今释、圆觉经略说、定慧初修、楞伽大义今释、原本大学微言)
译文名著精选丛书. 上海译文出版社.(部分丛书:悲惨世界、巴黎圣母院、红与黑、茶花女、野性的呼唤、希腊神话、钢铁是怎样炼成的、罪与罚、十日谈、基督山伯爵、双城记、简爱、傲慢与偏见)
L.S. Stavrianos 著. 吴象婴, 梁赤民, 董书慧 等译. 全球通史,第二版. 北京大学出版社, 2005
鲁迅 著. 鲁迅全集. 北京燕山出版社. 2011
罗素 著. 何兆武, 李约瑟 译. 西方哲学史. 商务印书馆, 1981
亚当斯密 著. 郭大力, 王亚南 译. 国富论. 译林出版社
紫式部 著. 丰子恺 译. 源氏物语. 人民文学出版社, 1980
James Joyce 著. 萧乾, 文洁若 译. 尤利西斯. 译林出版社, 2005
山冈庄八 著. 岳远坤, 王维幸 译. 德川家康. 南海出版社. 2009(共26册)
钱相宪 著. 朱燕 译. 葡萄酒入门宝典. 世界图书出版公司, 2011
美国纽约摄影学院 著. 摄影教材. 中国摄影出版社. 2009

BS EN EUROCODE 欧洲规范

仅供学习交流,请勿用于商业用途。禁止转载。

使用欧洲规范EC3,并结合NCCI可以解决大多数钢结构设计问题,如想进一步了解可以看英国钢结构协会的出版物。如仍然存在疑难问题也可咨询本人

 

EUROCODS

Eurocode Part Title Publication Date UK National Annex Publication Date
BS EN 1990 Eurocode 0: Basis of structural design 1 Jul 02 15 Dec 04
BS EN 1991-1-1 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-1: General actions – Densities, self-weight and imposed loads 29 Jul 02 30 Dec 05
BS EN 1991-1-2 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-2: General actions – Actions on structures exposed to fire 26 Nov 02 30 Apr 07
BS EN 1991-1-3 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-3: General actions – Snow loads 24 Jul 03 23 Dec 05
BS EN 1991-1-4 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-4: General actions – Wind actions 25 Apr 05 30 Sep 08
BS EN 1991-1-5 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-5: General actions – Thermal actions 4 Mar 04 30 Apr 07
BS EN 1991-1-6 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-6: General actions – Actions during execution 15 Dec 05 30 May 08
BS EN 1991-1-7 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-7: General actions – Accidental actions 29 Sep 06 31 Dec 08
BS EN 1991-2 Eurocode 1: Actions on structures – Part 2: Traffic loads on bridges 31 Oct 03 30 May 08
BS EN 1991-3 Eurocode 1: Actions on structures – Part 3: Actions induced by cranes and machinery 29 Sep 06 31 Aug 09
BS EN 1991-4 Eurocode 1: Actions on structures – Part 4: Silos and tanks 30 Jun 06 30 Nov 09
BS EN 1992-1-1 Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General – Common rules for building and civil engineering structures 23 Dec 04 8 Dec 05
BS EN 1992-1-2 Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-2: General – Structural fire design 1 Feb 05 8 Dec 05
BS EN 1992-2 Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 2: Bridges 2 Dec 05 31 Dec 07
BS EN 1992-3 Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 3: Liquid retaining and containment structures 31 Jul 06 31 Oct 07
BS EN 1993-1-1 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings 18 May 05 31 Dec 08
BS EN 1993-1-2 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-2: General – Structural fire design 29 Apr 05 30 Nov 08
BS EN 1993-1-3 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-3: General – Cold formed thin gauge members and sheeting 30 Nov 06 28 Feb 09
BS EN 1993-1-4 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-4: General – Structures in stainless steel 30 Nov 06 28 Feb 09
BS EN 1993-1-5 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-5: General – Strength and stability of planar plated structures without transverse loading 30 Nov 06 30 May 08
BS EN 1993-1-6 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-6: General – Strength and stability of shell structures 31 May 07 31 May 07
BS EN 1993-1-7 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-7: General – Design values for plated structures subjected to out of plane loading 31 Jul 07 31 Jul 07
BS EN 1993-1-8 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-8: General – Design of joints 17 May 05 30 Nov 08
BS EN 1993-1-9 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-9: General – Fatigue strength 18 May 05 30 May 08
BS EN 1993-1-10 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-10: General – Material toughness and through thickness assessment 18 May 05 31 Jan 09
BS EN 1993-1-11 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-11: General – Design of structures with tension components 30 Nov 06 31 Dec 08
BS EN 1993-1-12 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-12: General – Supplementary rules for high strength steels 31 May 07 30 May 08
BS EN 1993-2 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 2-1: Bridges 30 Nov 06 30 May 08
BS EN 1993-3-1 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 3-1 Towers, masts and chimneys – Towers and masts 30 May 08 31 Mar 10
BS EN 1993-3-2 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 3-2: Towers, masts and chimneys – Chimneys 30 May 08 30 May 08
BS EN 1993-4-1 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 4-1: Silos, tanks and pipelines – Silos 31 May 07 31 May 07
BS EN 1993-4-2 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 4-2: Silos, tanks and pipelines – Tanks 31 May 07 31 May 07
BS EN 1993-4-3 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 4-3: Silos, tanks and pipelines – Pipelines 31 May 07 31 May 07
BS EN 1993-5 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 5: Piling 30 Apr 07 31 Jul 09
BS EN 1993-6 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 6: Crane supporting structures 31 Jul 07 30 Nov 09
BS EN 1994-1-1 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures – Part 1-1: General – Common rules and rules for buildings 18 Feb 05 29 Aug 08
BS EN 1994-1-2 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures – Part 1-2: General – Structural fire design 5 Dec 05 29 Aug 08
BS EN 1994-2 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures – Part 2: Bridges 2 Dec 05 31 Dec 07
BS EN 1995-1-1 Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-1: General – Common rules and rules for buildings 15 Dec 04 31 Oct 06
BS EN 1995-1-2 Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-2: General – Structural fire design 15 Dec 04 31 Oct 06
BS EN 1995-2 Eurocode 5: Design of timber structures – Part 2: Bridges 15 Dec 04 31 Oct 06
BS EN 1996-1-1 Eurocode 6: Design of masonry structures – Part 1-1: General – Rules for reinforced and unreinforced masonry, including lateral loading 30 Dec 05 31 May 07
BS EN 1996-1-2 Eurocode 6: Design of masonry structures – Part 1-2: General – Structural fire design 30 Jun 05 31 May 07
BS EN 1996-2 Eurocode 6: Design of masonry structures – Part 2: Selection and execution of masonry 15 Feb 06 31 May 07
BS EN 1996-3 Eurocode 6: Design of masonry structures – Part 3: Simplified calculation methods for masonry structures 15 Feb 06 31 May 07
BS EN 1997-1 Eurocode 7: Geotechnical design – Part 1: General rules 22 Dec 04 30 Nov 07
BS EN 1997-2 Eurocode 7: Geotechnical design – Part 2: Ground investigation and testing 30 Apr 07 31 Dec 09
BS EN 1998-1 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 1: General rules seismic actions and rules for buildings 8 Apr 05 29 Aug 08
BS EN 1998-2 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 2: Bridges 20 Dec 05 30 Jun 09
BS EN 1998-3 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 3: Strengthening and repair of buildings 11 Jan 06 11 Jan 06
BS EN 1998-4 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 4: Silos, tanks and pipelines 29 Sep 06 29 Aug 08
BS EN 1998-5 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects 8 Apr 05 29 Aug 08
BS EN 1998-6 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 6: Towers, masts and chimneys 12 Jan 06 29 Aug 08
BS EN 1999-1-1 Eurocode 9: Design of aluminium structures – Part 1-1: General – Common rules 31 Aug 07 30 Nov 08
BS EN 1999-1-2 Eurocode 9: Design of aluminium structures – Part 1-2: General – Structural fire design 30 Apr 07 31 Jan 09
BS EN 1999-1-3 Eurocode 9: Design of aluminium structures – Part 1-3: Additional rules for structures susceptible to fatigue 31 Aug 07 30 Nov 08
BS EN 1999-1-4 Eurocode 9: Design of aluminium structures – Part 1-4: Supplementary rules for trapezoidal sheeting 30 Apr 07 31 Jan 09
BS EN 1999-1-5 Eurocode 9: Design of aluminium structures – Part 1-5: Supplementary rules for shell structures 30 Apr 07 31 Jan 09

曲面的基本分类

© Written by J.Y. WANG

曲面的基本几何特性首先探讨一下法曲率、主曲率、平均曲率、高斯曲率等几个基本概念。法曲率的几何意义:法曲率的绝对值等于法截线的曲率,它反映了曲面在一点沿一方向的弯曲程度;法曲率的正负号反映了曲面在一点沿一方向的弯曲方向,具体的说当大于零时,曲面朝该点的单位法向量方向弯曲;当小于零时,曲面朝改点的单位法向量反向弯曲。主曲率:法曲率的最大和最小值,也就是法曲率的临界值。平均曲率:主曲率的平均,它描述了曲面在一点平均的弯曲程度。高斯曲率:主曲率的乘积,它描述了曲面在一点总的弯曲程度。

 

曲率的基本概念

故曲面按高斯曲率可以分为以下几类:

 

按高斯曲率曲面的分类

CFD稳态数值模拟的建议

© Written by J.Y. WANG

近年来,建筑计算风工程的研究和应用得到了很大的进步,但其数值计算的精度非常重要。数值模拟是一种近似解,误差的大小决定了求解的精度,误差主要产生于三个方面[26]:模型误差、离散误差和迭代误差。下面主要根据数值模拟方面的实践和体会,并参考一些资料[27~34],从数值模拟计算域的尺寸、计算网格、对流项插值阶数、湍流模型、数值模拟结果的判断等几个方面提出一些建议。同时还选取一个立方体实测模型的结果进行比较验证。

(a) 计算域设置

在对建筑物表面风压进行数值模拟时,是将一个无限大的空间用一个有限的计算域来代替,即在距离建筑较远的地方人为设置几个避免,使求解于封闭,并保证这些壁面设置不会对建筑表面风压数值计算结果产生影响,即求解域的大小不宜太小,但也不宜太大以免增加计算量。从影响建筑物壁面风压考虑,对低矮建筑物(包括大跨度建筑),设h为建筑物的高度,建议入口距建筑物迎风面保证4h~5h的距离,建筑物侧面和顶面距各自流域边界的距离应大于4h。此时最大阻塞率小于3%。但是,高层建筑与低矮建筑物有所区别,因为低矮建筑以顶面绕流为主,而高层建筑则以侧面绕流为主。高层建筑计算域的高度H可小于3h,而计算域的水平宽度B应大于8倍建筑物宽度,此时阻塞率小于5%。背风壁面距出口的距离应使湍流充分发展,所以出口应距建筑物远一些,一般要求9h~10h。若距离太小,出口处有回流,则计算会出现发散。在大尺度建筑物平均风压模拟时,有时也可适当减少背风壁面距离,因为一般远场的网格较粗,湍流耗散较快,并且输运方程中都以对流项为主,较远下游的流动对上游影响较小,所以大多取7h~8h就可基本消除人为设置出口边界的影响。

(b) 计算域网格设置

进行CFD数值模拟计算时,首先要将计算区域离散化,即网格划分,数值计算是在离散网格点上满足流体动力学基本方程,因此网格划分将对数值模拟结果有直接影响。网格划分对计算精度的影响包括网格类型和网格尺度两方面。网格类型分为结构化网格和非结构化网格,一般建筑物体型较为复杂,生成结构化网格比较困难,在实际应用时往往采用非结构化网格,但对于简单形体,应该采用结构化网格,因为当流体流动和网格成一条直线时数值耗散最小。网格尺度的影响主要体现在近壁面网格的密度上,近壁面网格距壁面的距离可以用无量纲距离 表征。

式中uz为摩擦速度,y为第一排网格节点距壁面的法向距离,ρ和μ分别为流体的密度和动力粘性系数。

由于非平衡壁面函数基于Launder和Spalding提出的平均速度对数率强烈的依赖于压力梯度理论,而壁面速度的对数率仅在y+>30~60范围的边界层中适用,因此,在运用壁面函数来模拟近壁面流动时,网格布置的关键是确定第一排网格的位置,一般原则是第一排网格应布置在y+=30左右而不宜太密。数值风洞的模拟结果很大程度上取决于计算域网格划分的优劣。因此网格应当精细到足够捕捉到剪切层、旋涡等物理现象的特征变化,网格的质量也必须足够的高。在流动变化梯度大的区域,网格的拉伸或压缩率应当小,使得截面误差小,两个相邻单元的扩展系数应当小于1.3。在大型建筑中,流动参数沿壁面法线方向变化剧烈,因此在壁面法向,网格需要加密,以精确求解壁面边界层内的压力。就计算网格形状而言,六面体优于四面体,前者可以引入较小的截断误差,并显出良好的收敛性。然而,在风工程中几何体总是非常复杂的,通常使用四面体网格。但在壁面处网格线必须与壁面正交,因此棱柱体网格和四面体网格应一起使用。如果想预测壁面的压力,至少应布置5层棱柱体网格在壁面处。

用有限体积发进行数值计算时,对流项的插值格式非常重要。一阶迎风格式通常包含较大的数值耗散。目前推荐采用二阶迎风插值格式,其数值耗散明显低于一阶迎风格式,具有较高的精度。对于强烈变化的流场,二阶迎风常常会产生数值振荡,此时可采用接近二阶的混合格式。

(c) 湍流物理模型的选取

在建筑计算风工程中,采用比较多的湍流物理模型有RNG κ-ε、SST κ-ω、SSG-RSM、BSL-RSM四种,它们分别是标准κ-ε、κ-ω模型、雷诺应力模型的改进模型,在分离流、旋涡等复杂流场模拟中有较强功能。通过对多个大跨度屋盖的数值模拟与风洞试验对比,建议在模拟建筑物表面平均风压时,一般采用SST κ-ω模型或BSL-RSM雷诺应力模型。当建筑物体型比较复杂或计算机配置较低时,优先采用SST κ-ω模型,当建筑物体型比较规则或计算机配置较高时,可采用BSL-RSM雷诺应力模型。

(d) 稳态数值模拟的边界条件

1)入口

在数值风洞入口处,通常指定等效的大气层边界。平均风速通过对数率或指数率的剖面得到,对来流风方向地面的粗糙长度z0,指数率的平均风剖面为

其中,ub是z=zb处的参考速度,α是对应于不同地面粗糙度类别的指数。

入口处湍流强度边界条件可以通过湍流黏性或湍动能与湍流耗散率来描述。对两方程湍流物理模型来说,湍动能和湍流耗散率可以通过等效边界层假设给出:

式中,Cu=0.09,I(z)是入口处的湍流强度剖面,可以参考日本或澳大利亚规范[35~39]等国规范选取,uz是平均流速,l是入口处的湍流特征尺度,可以选择为建筑物的高度。

2)计算域顶壁和侧壁面的边界

这些边界位置设置为自由滑移壁面。

3)出口

由于出流接近完全发展,采用完全发展出流边界条件,即流场任意物理量沿出口法向的梯度为零。

4)建筑物壁面和地面

采用无滑移壁面。为保证壁面附近边界层的对数运算不出错,壁面附近的网格离开壁面最近的计算节点应当置于离壁面距离大于壁面粗糙高度。

(e) 收敛性及结果初步判定

迭代计算以相邻两步之间的残差为收敛标准。残差的量级一般在第一次迭代后即可得到,最终的残差应当趋于零。一般情况下,残差下降4个量级即可认为结果收敛。同时可以监测感兴趣的位置,记录当地的流动变量。如果这些变量趋于常数,这个区域的解可以认为已经收敛。在数值风洞稳态模拟中,计算结果一般要满足以下几个要求:

(1)来流远场风剖面的保持性:平均风速剖面需保持不变,湍流强度也达到近似保持的要求。

(2)最后结果必须采用高精度的离散格式计算。

(3)无滑移壁面上得到的风速必须为零或接近零,使物理边界条件应用准确。

(4)最终解是网格无关解,可通过网格加密或网格优化得到网格无关解。

(f) CFD模拟的不确定性因素

数值模拟的结果不仅与湍流模型紧密相关,还很大程度上依赖于网格设计和数值格式。而后者在使用相同的程序的情况下,不可避免掺杂了人为因素。Crown[27]等. (1997)总结了由欧盟多家研究机构参与的有关建筑绕流和扩散合作项目的部分结果,并通过“EUP项目”,分析比较了不同机构的网格划分、差分格式及湍流模型引起的差别,得出结论认为,计算结果很显著的依赖于网格设计参数、空间离散格式以及湍流模型。也就说明了,在实践中,数值模拟所面临的不确定因素,在某些情况下,都不会比由于“用户因素”所造成的差异更大。计算风工程中什么样的误差是可以接受的?这个问题没有一个明确的标准。理想状况是获得和场地实测数据完全一致的结果,但目前还难做到。数值模拟希望尽可能减小误差,使得CFD计算结果与场地实测数据尽量接近。但不同的研究者给出的可接受的误差范围也不同,并且可接受的误差范围还和应用的对象有关。目前,在计算流体动力学所依赖的理论本身和数值计算技术没有重大突破之前,期望CFD的结果与实测结果吻合非常好,既不现实也容易引起误导。处于大气边界层的钝体建筑结构,周围的流场高度湍流化,在时间和空间上呈现随机脉动的特征,因此,一般使用统计意义上的量来描述流动特征。对于这样复杂的现象进行数值模拟,不可避免的存在误差。