基于k-ε模型模拟平衡态大气边界层的比较研究-华南理工大学风洞.PDF
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第35 卷第2 期 Vol.35 No.2 工 程 力 学
2018 年 2 月 Feb. 2018 ENGINEERING MECHANICS 21
文章编号:1000-4750(2018)02-0021-09
基于k-ε模型模拟平衡态大气边界层的比较研究
罗凯文,杨 易,谢壮宁
(华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室,广东,广州 510641)
摘 要:平衡态大气边界层的准确模拟是计算风工程领域的基础性难题,也是研究热点问题之一。该文首先对近
年来国内外针对这一问题的理论研究成果按入流边界条件、湍流模型参数、附加源项模型以及壁面函数模型等四
个方面进行了全面梳理和系统总结,并建议了一组新的标准k-ε 模型湍流模型参数和通用壁面函数模型表达式。
接着,采用计算流体动力学方法,建立简单边界层流动数值风洞模型,按照以上四种类别采用递进的方法对这些
理论成果进行了详细的数值模拟验证和比较分析。结果表明:基于湍动能k 方程解析解的入流边界条件并不必然
会生成平衡态边界层,它和湍动能剖面的数学模型表达形式关系很大;除入流湍流边界条件外,湍流模型参数取
值及壁面函数对平衡态大气边界层的模拟亦有较大影响,而增加源项并不能有效改善速度和湍动能剖面在整个流
域范围的自保持性。该文对这一类问题的研究具有一定参考价值。
关键词:计算风工程;平衡态大气边界层;标准k-ε模型;入流边界条件;壁面函数
中图分类号:O357.4 文献标志码:A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.09.0754
A COMPARATIVE STUDY ON THE SIMULATION OF NEUTRAL
ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER BASED ON THE k-εTURBULENCE
MODEL
LUO Kai-wen , YANG Yi , XIE Zhuang-ning
(State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510641, China)
Abstract: Accurately modeling the neutral equilibrium atmospheric boundary layers (ABL) is a fundamental
problem in the field of computational wind engineering (CWE), which is a hot issue in recent years. This paper
provides a comprehensive and systematical summary of the theoretical research advances on this topic in recent
years from four aspects, that is, the inflow boundary conditions, the turbulence model parameters, the additional
source and the wall function, respectively, and proposed a new set of model parameters and a general wall function
based on the standard k-εturbulence model. A numerical wind tunnel model was built to model
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