标准6m立方体体型系数 | 数值模拟(CFD)结果 VS 现场实测结果

1-现场实测法

 比如本文中对比数据就是来自于英国西尔索(Silsoe)研究院与新西兰奥克兰大学合作建造的一个6m立方体实测模型（Silsoe 立方体)，主要用于研究风和结构的相互作用^[1]。

由于实测法数据较为真实，具有很高的参考价值。因此很多人将CFD应用在工程项目前，先会做一个对比模型与Silsoe立方体结果进行对比，验证软件的可靠度。

但该方法成本较高，应用较为局限。

2.风洞试验法

相比于上一种方法，可以在设计阶段对建筑的风荷载进行研究。

但是需要采用缩尺模型，雷诺数比实际项目小很多，某些对雷诺数敏感的建筑，其结果可能会有偏差。而且需要做很多工作来保证来流风与实际风剖面接近，不同的人不同的实验室做相同的试验，结果可能会有较大离散性。

试验的周期较长，成本高昂，一般只有大型重点项目才会采用这种方法。

3.数值模拟(CFD仿真)

相比于风洞试验，周期短、成本低，可全尺度模拟。目前已有很多实际工程的风荷载采用CFD进行模拟。

流线图

速度矢量图(侧视)：正面和背面漩涡

顶视图：侧面和背面漩涡

Rwind压力系数分布

Silsoe 立方体实测压力系数

Rwind与Silsoe立方体压力系数对比

软件中需要先定义面域，然后选择单元分配给面域，软件才知道对哪些单元进行统计。压力系数查看时，需要激活相应的面域，然后点击”Dislpay Section Information"即可得到平均后的压力系数，也即体型系数。

荷载规范中的体型系数

1.RFEM5 与 RWIND 协同

1）工具>RWIND SIMULATION 模拟和生成风荷载

2）按照角度间距生成计算风工况或者自定义风工况。

3）添加风速剖面和湍流强度剖面（风速剖面，国标可按照V_z=V₀(Z/Z₀)^α计算，V₀可由W₀=ρV₀²/2换算得到；湍流强度国标没有规定，参考日本规范^注2）。

4) 选择RWIND安装的版本（版本1只能实现RANS法，版本2可以进行LES大涡模拟）。其余参数默认即可。

5）"后台计算LC"或者"全部在后台计算"。计算完后，点击"确定"后回到RFEM查看压力分布。

6）切换到风工况，点击显示结果，即可查看返回的风压分布（考虑了基本风压、风压高度变化和粗糙度、体型系数的影响），屋顶和侧墙的边缘存在较大负压区，屋面墙面次构件设计时需注意。

7）如果想了解表面压力系数分布、面域的定义和体型系数的提取、流场状态等，那么就需要点“在RWIND Simulation中打开 ”。面域的定义和体型系数的提取参考上面第三节“压力系数转化为体型系数”。

2.RFEM6 与 RWIND 协同

RFEM6为全新一代产品，软件架构有重大变化，协同方法如下所示。

1）文件>基本数据>模块>风洞模拟

2）右键荷载工况>新建荷载工况>分析类型"风洞模拟"

3)添加风廓线。

4）Excel导出后，按照前面的公式计算好风速和湍流强度后，复制一下再粘贴进来。

5）切换风速剖面和湍流强度剖面的图形显示。

6）点击计算，即可后台进行CFD计算。如果想打开RWIND查看流场结果，点击“计算风洞模拟”。

3.RWIND单独使用

如果结构分析平台不是RFEM而是其他软件，只是想利用RWIND分析体型系数，那么可以将模型导出成STL\OBJ\IFC格式（一般建筑效果模型可以导出为STL和obj，结构模型可导出为IFC）。