考虑外部流场分布特征的农业大棚气动外形优化OA

气动外形是农业大棚结构抗风性能的重要影响因素。为优化农业大棚气动外形,该研究首先通过粒子图像测速(particle image velocity,PIV)试验,获取了圆拱型、M型和屋脊型3种典型断面大棚外流场信息,揭示了其空间流场分布特征及差异;随后,结合大涡模拟(large eddy simulation,LES)技术,深入分析了3种大棚外流场瞬时脉动涡量分布,并基于试验与模拟结果,该研究对比了不同断面大棚棚面风压系数及风荷载;最后,基于农业大棚流动分离特征,采用参数化方法对屋脊型棚进行了气动外形优化。结果表明,相较于圆拱型棚,M型与屋脊型棚下游回流区域内负向速度范围更小,但由于存在锐利边界,来流经过棚顶后会发生流动分离,从而产生更大的垂向速度,M型与屋脊型棚无量纲负垂向速度达0.2,是圆拱型棚(0.05)的4倍;圆拱型和M型棚顶迎风面存在大范围的附着涡流,屋脊型棚顶几乎无附着涡流,屋脊型棚升力相较于圆拱型和M型棚分别小49%和28%,因而屋脊型棚在面对强风作用时具有更优的抗拔性能。研究结论可为农业大棚结构抗风设计提供参考。