【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木水利工程，具体的为一种基于映射的建筑突然开口及突然开口下内外压变化数值模拟方法。
技术介绍
1、近年来，我国沿海地区风灾频发，灾后数据显示低矮建筑的屋顶和其他围护结构损害严重，占总损失的半数以上。此类破坏多起因于强风下携带的飞射物损坏了建筑的门窗，引起建筑内部气压急剧升高，与外压的联合作用造成建筑的屋盖等围护结构损毁。有关风致开口结构的内外压响应的研究，大量学者采用风洞实验的方法对建筑的不同开口参数(开口数量、开口位置、开口形状等)进行了相关研究。同时也有部分学者，针对封闭模型突然开口下的瞬态内压响应进行了研究，但现有研究主要是基于风洞实验，而缺少了对应瞬态开口工况下的数值模拟研究，导致建筑突然开口始终缺乏更为深入的探讨。造成这一现象的关键问题在于现有数值模拟方法难以实现建筑的动态开口过程模拟。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于映射的建筑突然开口及突然开口下内外压变化数值模拟方法，能够实现建筑物突然开口的动态模拟，以及实现建筑物突然开口下的内外压变化数值模拟。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术首先提出了一种基于映射的建筑突然开口方法，包括如下步骤：
4、s1：分别创建建筑物的开口模型和封闭模型，所述开口模型和封闭模型中，除在所述开口模型的迎风面上设有开口外，其他尺寸相同；
5、s2：对封闭模型在设定流场条件下进行数值模拟，直至流场稳定后，保存流场数据；>
6、s3：对开口模型设置相同的流场条件，将步骤s2中保存的流场数据映射到开口模型的数值模拟中作为初始条件；
7、s4：对开口模型进行数值模拟，实现建筑物突然开口的动态模拟过程。
8、进一步，所述步骤s3中，采用利用openfoam中的“映射”工具，将步骤s2中保存的流场数据映射到开口模型的数值模拟中作为初始条件。
9、进一步，在进行数值模拟过程中，所述开口模型和封闭模型的网格划分方式保持一致。
10、本专利技术还提出了一种建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，包括如下步骤：
11、步骤一：构建建筑模型
12、分别创建建筑物的开口模型和封闭模型，所述开口模型和封闭模型中，除在所述开口模型的迎风面上设有开口外，其他尺寸相同；
13、步骤二：设计计算域
14、构建两个尺寸大小为30h×10h×6h的计算域，分别将开口模型和封闭模型置于两个计算域内，使两个计算域的原点分别位于开口模型和封闭模型的底部中心处，且开口模型和封闭模型的底部中心与计算域入口和出口的距离均为10h和20h，h为开口模型和封闭模型的高度；
15、步骤三：划分网格
16、对开口模型及其计算域进行网格划分，在靠近开口模型壁面位置处，为保证靠近壁面的边界流动被精确求解，在开口模型壁面处设置边界层区域；
17、对封闭模型及其计算域进行网格划分，在靠近封闭模型壁面位置处，为保证靠近壁面的边界流动被精确求解，在封闭模型壁面处设置边界层区域；
18、开口模型和封闭模型的网格划分方式保持一致，两个计算域的网格划分保持一致；
19、步骤四：设置边界条件
20、入口边界条件：入口采用大气来流边界条件，并使用一致离散来流湍流生成法；
21、出口边界条件：出口边界条件设置为压力出口；
22、计算域顶部以及两侧面设置为滑移边界条件，计算域底部与建筑壁面边界条件设置为无滑移边界条件；
23、步骤五：数值模拟
24、51)对封闭模型在设定流场条件下进行数值模拟，并基于大涡湍流模型进行模拟求解，直至流场稳定后，保存流场数据；
25、52)对开口模型设置相同的流场条件，将步骤s2中保存的流场数据映射到开口模型的数值模拟中作为初始条件；
26、53)对开口模型进行数值模拟，并基于大涡湍流模型进行模拟求解，实现建筑物突然开口的动态模拟过程。
27、步骤六：数值分析
28、对建筑物模型突然开口下采集得到的建筑物内外的压力和风速数据进行数值分析。
29、进一步，所述步骤s2中，采用利用openfoam中的“映射(mapfields)”工具，将步骤s2中保存的流场数据映射到开口模型的数值模拟中作为初始条件。
30、进一步，所述步骤四中，采用一致离散来流湍流生成法合成的脉动风速的数学形式表达式为：
31、
32、其中：ui,i＝1,2,3分别表示x，y，z三个方向的脉动风速；j＝1,2,3分别表示x，y，z三个方向；m表示频谱的划分区间段的数量；n表示每个区间段内的频率的个数；和均为系数；表示服从分布于空间单位球面上的随机向量，保证速度场符合无散度条件；表示无量纲坐标向量，且为空间两点间的相关系数；fn,m为频率，服从均值为fm、标准差δf为的均匀分布；t为时间；且：
33、
34、其中：sign为符号函数；rim,n表示三个方向上均服从0-1正态分布的随机数；sui(fm)为频谱fm对应的i方向上功率谱密度值。
35、进一步，在一致离散来流湍流生成法中，引入迭代重塑方法对入口处的风速剖面形状进行不断修正，在不影响空间相关性的前提下使得湍流风场能够在目标区域内拟合上目标风剖面，并保证通过入口界面的流量守恒；迭代重塑方法的原理为：
36、
37、式中：umean,t(z)和ii,t(z)是目标平均速度剖面和目标湍流强度剖面；和是第n次校正期间建筑区域中心处监测得到一段模拟时程后的平均风速剖面和湍流强度剖面；和是在第n次校正时对应入口界面处生成的湍流场的平均风速剖面和湍流强度剖面；γn为修正因子，用于保证入口界面平均风速剖面在第(n+1)次修正后的通过入口界面流量始终守恒；δz是z方向上对应的网格尺度。
38、进一步，所述步骤五中，大涡湍流模型进行模拟求解的方法为：
39、把流场中全部的涡尺度φ(x,t)进行滤波：
40、
41、其中：为通过滤波得到的大尺度涡旋；φ′(x,t)为亚格子尺度；g(x,x′)为空间滤波函数；且：
42、
43、其中：x为滤波前空间坐标；x′滤波后空间坐标；δ为滤波尺度；
44、滤波后的不可压缩流体控制方程为：
45、
46、其中：是笛卡尔坐标系中滤波后的三个速度分量；是滤波后压力；ρ是空气密度；ν是运动粘度；τij表示亚格子尺度应力；
47、小尺度涡旋则是通过亚格子涡粘模型进行建模处理，其中，标准sgs模型的表达式为：
48、
49、其中：μt是sgs涡粘性系数，δij是克罗内克函数，是滤波厚度应变率张量；
50、涡粘性系数μt由smagorinsky-lilly模型计算得到：...
【技术保护点】
1.一种基于映射的建筑突然开口方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于映射的建筑突然开口方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用利用OpenFoam中的“映射”工具，将步骤S2中保存的流场数据映射到开口模型的数值模拟中作为初始条件。
3.根据权利要求1所述的基于映射的建筑突然开口方法，其特征在于：在进行数值模拟过程中，所述开口模型和封闭模型的网格划分方式保持一致。
4.一种建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，其特征在于：所述步骤S2中，采用利用OpenFoam中的“映射(mapFields)”工具，将步骤S2中保存的流场数据映射到开口模型的数值模拟中作为初始条件。
6.根据权利要求4所述的建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，其特征在于：所述步骤四中，采用一致离散来流湍流生成法合成的脉动风速的数学形式表达式为：
7.根据权利要求6所述的建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，其特征在于：在一致离散来流
8.根据权利要求4所述的建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，其特征在于：所述步骤五中，大涡湍流模型进行模拟求解的方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于映射的建筑突然开口方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于映射的建筑突然开口方法，其特征在于：所述步骤s3中，采用利用openfoam中的“映射”工具，将步骤s2中保存的流场数据映射到开口模型的数值模拟中作为初始条件。
3.根据权利要求1所述的基于映射的建筑突然开口方法，其特征在于：在进行数值模拟过程中，所述开口模型和封闭模型的网格划分方式保持一致。
4.一种建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的建筑突然开口下内外压变化数值模拟方法，其特征在于：所述步骤s2中，采用利用openfoam中的“映射(mapfields)”工...
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