基于动力学模态分解的小厚宽比矩形截面的风压场研究

摘要

为探究小厚宽比（D/B<1.0）矩形截面的风荷载特性，选择了截面面积固定、厚宽比在0.25～1.00范围内变化的三维模型.利用基于空间平均的大涡模拟方法，首先得到4种厚宽比模型的气动力系数，以及模型不同立面的水平脉动风压相关系数，随后对比分析了厚宽比对模型侧面测点风压的乘积时程峰值及相位的影响.最后基于动力学模态分解（dynamic mode decomposition, DMD）方法建立了能够提取主要模态并重构风压场的降阶模型，对不同厚宽比模型的风压场进行分析.结果表明：厚宽比的降低会影响模型侧面的分离再附，改变风荷载作用机制，显著降低脉动风压的水平相关性，其中0.25厚宽比模型效果最为显著，在侧面再附长度约0.6B位置处为风压脉动特性的转捩点，转捩点上、下游风压时程呈现反相位且负相关特征.DMD方法提取的前4阶模态能够准确重构流场，阐明小厚宽比模型的随机风压场.本研究为相关流动控制和结构设计提供参考.

关键词

动力学模态分解 / 厚宽比 / 矩形截面 / 脉动风压相关性 / 大涡模拟 / 气动性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52278479,52578550）; 湖南省自然科学基金资助项目（2023JJ30016）; 长沙理工大学研究生科研创新项目（CSLGCX23144）