Venlo型温室不同顶窗风荷载数值模拟研究

【摘要】温室是通过人工设施对作物周围环境因素进行控制,以获得最佳生长条件和延长生产期,从而达到提高作物产量和质量的目的。我国是世界上最大的设施栽培国家,2013年中央一号文件连续第十年聚焦“三农”,强调加大新一轮“菜篮子”工程实施力度,强化农业物质技术装备,这将进一步有力促进温室、设施农业的快速发展。温室属于低层建筑,其结构形式独特,在满足安全性、稳定性和耐久性的同时,还要求满足总体完整性和经济性。良好的结构形式可直接改善温室性能,提高其生产率和能源利用率,保障安全稳定生产。目前国内外学者主要集中对温室内部环境进行研究,在温室结构安全可靠性方面研究较少,并且我国地域广阔且地形地貌情况复杂,专门针对我国国情的温室结构设计标准规范出台较少,使得我国温室大部分存在安全隐患,严重影响温室生产效益和发展。风荷载是对温室结构影响最大、存在最普遍的可变荷载,温室处于大气边界层中,其周围存在较为复杂的风场,全面掌握温室表面风压力分布规律是温室抗风设计与优化的依据。本文首先介绍了国内外温室现状,总结了温室结构特别是风荷载特性方面的研究进展,对CFD理论及数值计算方法进行了简单阐述；为了研究Venlo型连栋温室不同开窗形式对风压系数的影响,选择ANSYS有限元分析软件,构造全尺寸Venlo型连栋玻璃温室,选取Realizablek-ε湍流模型,进行数值模拟计算；详细分析温室不同顶窗形式(屋脊通长开窗、屋面交错开窗、屋面全开启式)其表面风荷载分布情况,了解开启情况(闭合、半开和全开)和风向角(00、45。和90。)等因素对风压分布的影响,并对计算结果进行分析归纳,为温室结构设计时风荷载体型系数选择提供参考。研究结果表明：(1)风作用到温室后,温室周围存在着分离、回流、漩涡、再附等一系列气体流动现象,数值模拟能较好的反映温室表面风压分布和周围流场状况。随着计算机硬件提升和计算流体动力学(CFD)理论完善,将会更加凸显CFD低成本、效率高、模拟真实条件能力强的优点,使其越来越广泛地运用到建筑表面风荷载研究中。(2)对Venlo型连栋温室三类不同顶窗形式如屋脊通长开窗、屋面交错开窗及屋面全开式的风荷载特性进行研究,数值模拟计算结果表明：温室顶窗形式不同,其风压系数值大小不一；高风压系数和高风压梯度一般出现在温室的屋脊、外墙顶边和转角等拐角边缘区域。(3)Venlo型连栋温室不同顶窗形式具有不同特点,不同布置方向其通风效果也不相同,在进行顶窗选型和确定布置方向时,应综合考虑其风荷载体型系数、通风效果、经济性,以实现温室其安全性、经济性最佳。
【作者】陶冶；
【导师】袁军；
【作者基本信息】西南大学，农业生物环境与能源工程，2014，硕士
【关键词】Venlo型温室；顶窗形式；数值模拟；风压系数；

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