超高层建筑排水系统气压波动的实验和数值分析

IMECH-IR > 流固耦合系统力学重点实验室

	超高层建筑排水系统气压波动的实验和数值分析
英文题名	Experimental and numerical study on pressure fluctuation in a single-stack drainage system of super-high-rise building
	赵瑞云
导师	张均锋
	2016
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	工程力学
摘要	随着经济发展与居住环境的需求，超高层建筑也随之崛起。超高层建筑排水系统与之密切相关，国内建筑排水系统的设计理念和准则大多都基于普通高层建筑。而对于超高层建筑，其排水立管长，排水量大，立管中的流态非常复杂，这导致立管当中的气压波动非常大，从而使得超高层建筑排水系统的设计难度随也之增加。以往对于普通高层建筑排水系统，其研究方法主要有实验分析和数值分析两大类。本文分别从实验分析和数值模拟分析出发对三十三层排水系统当中的气压波动进行分析，并给出相应的设计准则和适用范围。目前的实验分析大多是定性分析和单因素定量分析。本文利用自主建立的超高层排水实验系统，对单立管伸顶通气排水系统、双立管排水系统以及特殊单立管排水系统不同工况下立管中各层压力随时间的波动和整体压力分布进行了实时测量，并利用量纲分析原理，获得了特征压力（最大正压和最大负压）以及特征压力发生的位置与流量和排水高度之间的无量纲关系，再进一步通过建模得到相应的数学描述，并进行了软件的编程开发。该实验分析结果可直接做为超高层建筑排水系统的设计依据。由于超高层建筑排水实验所需的人力、物力和财力都远大于普通高层建筑，所以对超高层排水系统进行数值仿真是必要的。但是现有的数值模拟大多是基于普通高层建筑排水系统，采用特征线法和计算流体力学当中的混合模型进行模拟，而这些方法存在一定的局限性。本文利用计算流体力学原理，建立单立管伸顶通气排水系统数值模型，通过设置不同的边界条件来代替各种实验工况。再经过迭代计算对单立管排水系统立管中的压力波动情况进行了模拟分析，进而得到压力与流量之间的无量纲关系，并通过实验进行验证。结果表明：（1）固定排水高度（33层）后，随着流量的增加，各层压力的绝对值以及顶部通气量也在增加；最大负压发生在大约27层的位置，最大正压发生在立管的底部，零压力值大约出现在13层附近；而最大负压与最大正压以及零压值所发生的位置与流量没有明显的关系，而是与排水高度、管径等其他因素有关；（2）模拟结果和实验结果在分布变化特征和数量级上基本一致，模拟结果的最大负压的绝对值和最大正压都大于实验结果，而顶部通气速度小于实验结果；（3）压力与流量的平方之间近似线性关系。本文从实验分析的角度给出了适用于不同形式的超高层建筑排水系统的设计准则，并从数值模拟的角度对单立管伸顶通气系统进行仿真计算，指出了当前数值模拟中由于缺少反映真实物理的理论模型的局限性并提出了在数值分析方面需要改进的地方。
索取号	31330
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59456
专题	流固耦合系统力学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	赵瑞云. 超高层建筑排水系统气压波动的实验和数值分析[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.

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2016531104857.pdf（3284KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文