Название: Вычислительная аэродинамика в задачах строительства
Автор: Белостоцкий А.М., Акимов П.А., Афанасьева И.Н.
Издательство: М.: Издательство АСВ
Год: 2017
Формат: pdf
Страниц: 720
Размер: 43 mb
Язык: русский

В книге рассматриваются методы и алгоритмы решения задач строительной аэрогидродинамики, а также соответствующие программные средства и технологии, приводятся результаты решения модельных, тестовых (верификационных) и практически важных задач в инженерных приложениях. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки "Строительство" (бакалавриат, магистратура), "Прикладная математика" (программы бакалавриата), "Прикладная механика" (программы бакалавриата и магистратуры), "Техника и технологии строительства" (программы аспирантуры), "Информатика и вычислительная техника" (программы аспирантуры), специальности "Строительство уникальных зданий и сооружений" (программа специалитета), рекомендуется студентам старших курсов при выполнении курсовых проектов и работ, выпускных квалификационных работ, а также магистрантам и аспирантам. Кроме того, издание полезно для специалистов в области механики жидкости и газа, вычислительной аэрогидродинамики, вычислительной математики, строительства, может использоваться для самостоятельного изучения.

Предисловие
Введение
Аэродинамика и основные направления ее развития
Строительная аэродинамика
Математическое моделирование, численное моделирование и вычислительный эксперимент
Вычислительная аэродинамика
Краткая история развития аэродинамики, зарождения и становления строительной аэродинамики
Аэродинамика современных высотных зданий и комплексов
Аэродинамика уникальных большепролетных сооружений
О снеговых нагрузках на здания и сооружения
Физические и математические основы аэродинамики
Физическое и математическое описание воздушной среды
Атмосфера
Модели воздушных потоков
Силы, действующие на сплошную среду
Понятие граничного слоя
Методы исследования движения сплошной среды
Движение частиц газа и жидкости
Уравнения сохранения
Полная система уравнений, описывающих движение сплошной среды (уравнения Навье-Стокса). Начальные и граничные условия
Интегралы уравнений движения идеального газа
Уравнения для потенциала скорости
Природа турбулентности. Уравнения движения с развитой турбулентностью
Моделирование турбулентности в задачах аэродинамики
Актуальность разработки моделей турбулентности
Общие сведения о турбулентности
Полуэмпирические модели турбулентности. Некоторые простейшие модели
Модель Спаларта - Аллмараса (SA модель) и ее модификации
Модель Ментера (SST модель) и ее модификации
О применении уравнений Рейнольдса, замкнутых при помощи моделей турбулентности
Метод моделирования крупных вихрей (метод LES)
Метод моделирования отсоединенных вихрей (метод DES)
Метод моделирования задержанных отсоединенных вихрей (метод DDES)
Усовершенствованный метод моделирования задержанных отсоединенных вихрей (метод IDDES)
Метод прямого численного моделирования (метод DN S)
Сопоставление существующих подходов к моделированию турбулентных течений
Основы численных методов и алгоритмов решения задач аэродинамики
Обзорно-аналитическое исследование публикаций в области численных методов и алгоритмов решения задач аэродинамики
Моделирование аэродинамических процессов
Методы дискретизации (аппроксимации) основных уравнений
Особенности расчета течений вязкой несжимаемой жидкости
Особенности выбора разностных схем
Аппроксимирующие (расчетные) сетки
Бессеточные методы моделирования поведения среды
Современное состояние анализа ветровых воздействий на здания, сооружения и комплексы
Базовые положения расчета зданий и сооружений на ветровую нагрузку
Базовые положения анализа пешеходной комфортности
Базовые положения исследования аэроупругой неустойчивости зданий и сооружений в ветровом потоке
Обзор и анализ существующей российской нормативной базы
Обзор и анализ существующей зарубежной нормативной базы
Исследования в области экспериментальной аэродинамики
Ветровая метеорология
Системы мониторинга динамики зданий и сооружений при ветровых воздействиях
Вычислительная аэродинамика и ветровые воздействия
Обзор и анализ существующего программного обеспечения
Методика расчета ветровых воздействий на здания, сооружения и комплексы на основе численного решения задач строительной аэрогидродинамики
Математические и программно-алгоритмические основы методики
Предварительные замечания
Требования к расчетным моделям
Граничные и начальные условия
К вопросу задания граничных условий для моделирования атмосферных течений
Пространственно-временная дискретизация задачи
Численное решение стационарных и нестационарных задач
Многопроцессорные технологии расчетов
Расчет средней и пульсационной составляющих ветровой нагрузки
Пиковые величины давлений на фасадные конструкции
Оценки пешеходной комфортности
Итоговая схема расчетов ветровых воздействий
Выбор базового программного обеспечения
Верификация методики
Обоснование выбора верификационных задач
Моделирование двумерного обтекания квадратной призмы
Моделирование интерференции двух квадратных призм
Моделирование обтекания цилиндра в двумерной постановке
Моделирование обтекания параллелепипеда
Моделирование обтекания куба
Моделирование ветровых потоков в пешеходных зонах вблизи высотных зданий
Моделирование ветровых потоков района Синдзюку в г. Токио
Моделирование ветровых воздействий на МФК «Сити-Палас» ММДЦ «Москва-Сити»
Моделирование ветровых воздействий на комплекс «Федерация» ММДЦ «Москва-Сити»
Матрица верификации. Анализ и обобщение
Апробация методики
Комплексный расчет многофункционального комплекса «Аквамарин» (г. Владивосток)
Определение нагрузок на фасадные конструкции жилого комплекса «Зодиак» (г. Москва)
Определение нагрузок на несущие конструкции многофункционального комплекса «Газойл-Сити» (г. Москва)
Многопроцессорные комплексные расчеты Московского международного делового центра «Москва-Сити» (г. Москва)
Адаптивная методика численного моделирования трехмерных динамических задач строительной аэрогидроупругости
I. Математические и программно-алгоритмические основы методики
Основные подходы к математическому описанию движения среды
Основные уравнения, описывающие поведение среды
Численная аппроксимация основных уравнений, описывающих поведение среды
Алгоритмы численного решения аппроксимированных основных уравнений, описывающих поведение среды
Программно-алгоритмическая реализация методики
Верификация и апробация методики
Обоснование выбора верификационных задач
Моделирование трехмерного нестационарного турбулентного обтекания прямоугольной призмы
Моделирование двумерного нестационарного обтекания гибкой упругой конструкции в связанной постановке
Методика численного моделирования скоростей ветра и пешеходной комфортности в зонах жилой застройки
Математические и программно-алгоритмические основы методики
Предварительные замечания
Требования к геометрии расчетной области, начальные и граничные условия, дискретизация задачи
Численное решение стационарных и нестационарных задач
Моделирование зеленых насаждений
Выбор базового программного обеспечения
Верификация и апробация методики
Общие сведения о верификации и апробации
Методики численного расчета аэроупругой неустойчивости зданий и сооружений
Предварительные замечания
Методика оценки зданий и сооружений на возникновение галопирования
Определение аэроупругих колебаний, вызванных срывом вихрей с поверхности зданий и сооружений (срывной флаттер)
Заключение
Проблемы моделирования ветровых потоков и нагрузок на здания, сооружения и комплексы
Методика определения ветрового нагружения зданий, сооружений и комплексов с применением численных методов
О примерах использования методики определения ветрового нагружения зданий, сооружений и комплексов с применением численных методов
Приложение 1. Некоторые сведения из высшей алгебры
Некоторые понятия линейной алгебры
Некоторые понятия векторного анализа
Некоторые понятия тензорного анализа
Приложение 2. Основы метода конечных объемов
Основные уравнения
Основные положения метода конечных объемов
Расчет потоков через грани контрольного объема
Невязкие потоки
Вязкие потоки
Дискретизация по времени
Решение разрешающей системы уравнений. Многосеточные методы
Ускорение сходимости
Приложение 3. Линеаризация уравнений Навье-Стокса
Понятие о примитивных, консервативных и симметризованных переменных
Линеаризация уравнений в консервативных переменных
Линеаризация уравнений в примитивныхт переменных
Линеаризация уравнений в симметризованных переменных
Расчет невязких потоков
Приложение 4. Предобусловливание уравнений Навье-Стокса
Собственные векторы якобиана
Расчет невязких потоков
Приложение 5. Аэродинамические трубы и их применение при расчетном обосновании строительных объектов
Понятие о физическом моделировании
Аэродинамическое подобие
Аэродинамические трубы и их приложения в строительстве
Приложение 6. Ветровое нагружение высотных зданий, сооружений, комплексов (предложение по актуализации свода правил)
Библиографический список