本发明涉及一种建筑数值风洞的湍流生成方法，特别是一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法。
背景技术：
1、随着计算机和cfd计算的发展，基于cfd的数值风洞技术已逐步成为继风洞试验后研究建筑物风致效应的有效手段。大涡模拟技术是现阶段模拟建筑表面脉动风压的主要手段，而入口湍流边界对大涡模拟的精度十分关键。目前，大涡模拟入口湍流生成方法主要分为预前模拟法和工人合成法两种，其中预前模拟法所得到的流场虽然接近于真实流场，但由于其存在工作量过大、计算成本极高的缺陷，导致预前模拟法目前受到计算机硬件条件的限制，很难广泛应用于工程。
2、人工合成法相比预前模拟法虽然能快速在入口处生成满足目标风场的脉动风速时程，但由于大涡模拟网格尺度和亚格子模型等因素，导致大涡模拟模型在建筑物位置处的湍流度会出现衰减的问题，从而难以满足目标风场的要求。
3、因此，现有对大涡模拟湍流的生成方法会造成湍流在建筑物位置处的衰减。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，提供一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法。它能够消除大涡模拟湍流在建筑物位置处的湍流度衰减，提高其模拟精度。
2、本发明的技术方案：一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，包括以下步骤：
3、①建立cfd数值模型并确定建筑物的计算流域尺寸，然后利用openfoam软件对计算流域进行结构化网格划分；
4、②对结构化网格进行网格无关性检验；
5、③沿速度入口边界高度方向根据karman风谱生成目标地貌类别的脉动风速时程，并利用udf指定速度入口边界条件；
6、④提取空数值风洞下建筑物位置处沿高度方向的风速时程，并计算出建筑物位置处的平均风速剖面和湍流强度剖面；
7、⑤根据建筑物位置的湍流强度剖面与目标地貌类别的湍流强度剖面的差异进行入口湍流强度分段修正；
8、⑥将分段修正后的湍流度作为初始湍流度代入karman谱，重新生成新的脉动风速时程，直至建筑物位置处湍流度与目标湍流度差异在5％以内。
9、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，所述步骤①中建筑物的计算流域尺寸在确定时，数值风洞的阻塞比小于5％，下游流域尺寸是上游流域尺寸的4倍。
10、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，所述步骤①中计算流域在网格划分时，采用1.05的网格增长率对入口边界到目标建筑位置、以及出口边界到目标建筑位置进行网格加密。
11、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，所述步骤②中结构化网格在进行网格无关性检验时，保持边界条件不变，以近壁面的y+值小于1的条件对网格进行细化，并比较不同尺度网格条件下的计算结果；当两种网格的计算结果误差在5％以内时，判断网格对结果的影响在工程误差的可接受范围，完成网格无关性检验。
12、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，所述步骤③中脉动风速时程的计算公式为：
13、
14、
15、
16、fn＝(2n-1)δf/2，
17、
18、
19、其中2su，i(fn)为频率fn对应的karman谱值，uav为平均风速，iu为目标湍流度，δf为频率带宽，n为功率谱离散数，cj和γj分别为j方向空间相关性衰减系数和调整系数，用于生成满足空间相关性要求的湍流场。
20、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，所述步骤⑤中的入口湍流强度在分段修正时，将建筑物位置的湍流度与目标湍流度进行对比，并按照对比结果对建筑物在高度方向进行分段，每个高度分段内的入口湍流度乘以修正系数βk，βk的计算公式为：
21、
22、其中k为建筑物的高度分段数，i为每个高度分段内的高度点位数，n为每个高度分段内的高度点位个数，i′zi为建筑物位置的湍流强度，izi为入口处目标湍流强度。
23、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，为以建筑物位置的湍流度与目标湍流度的比值对建筑物在高度方向进行分段，比值大于1.1的为第一段，比值在1.0-1.1的为第二段，比值小于1.0的为第三段。
24、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，所述步骤②中对结构化网格在进行网格无关性检验后的空风洞网格尺寸布局作为后续含建筑物的流域背景网格。
25、前述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法中，所述步骤④中的空数值风洞下建筑物位置处沿高度方向的风速时程具体为不含建筑物的cfd数值模型在模拟时，计算流域在建筑物位置处沿高度方向的风速时程。
26、与现有技术相比，本发明通过不断修正大涡模拟湍流在建筑物位置处的湍流强度，并将每次修正后的湍流度作为初始湍流度重新生成新的脉动风速时程并再次进行模拟，使得建筑物位置处的湍流强度能够通过闭环调节的方式直至与目标湍流度的差异达到5％以内，即处于工程误差的可接受范围，从而有效消除大涡模拟湍流在建筑物位置处的湍流度衰减问题，提高其模拟精度。
27、在此基础上，本发明通过对通过对湍流度修正方式的优化，一方面能够减少对湍流度在修正时的计算量，避免对各高度点位的湍流度修正系数进行单独计算和修正造成的计算量过大；另一方面配合修正系数的分段控制还能够避免沿建筑物高度方向的湍流度在修正后形成锯齿状，进而更加贴合实际湍流强度。
28、所以，本发明能够消除大涡模拟湍流在建筑物位置处的湍流度衰减，提高其模拟精度。
1.一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于：所述步骤①中建筑物的计算流域尺寸在确定时，数值风洞的阻塞比小于5％，下游流域尺寸是上游流域尺寸的4倍。
3.根据权利要求1所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于：所述步骤①中计算流域在网格划分时，采用1.05的网格增长率对入口边界到目标建筑位置、以及出口边界到目标建筑位置进行网格加密。
4.根据权利要求1所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于：所述步骤②中结构化网格在进行网格无关性检验时，保持边界条件不变，以近壁面的y+值小于1的条件对网格进行细化，并比较不同尺度网格条件下的计算结果；当两种网格的计算结果误差在5％以内时，判断网格对结果的影响在工程误差的可接受范围，完成网格无关性检验。
5.根据权利要求1所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于，所述步骤③中脉动风速时程的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于：所述步骤⑤中的入口湍流强度在分段修正时，将建筑物位置的湍流度与目标湍流度进行对比，并按照对比结果对建筑物在高度方向进行分段，每个高度分段内的入口湍流度乘以修正系数βk，βk的计算公式为：
7.根据权利要求6所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于：为以建筑物位置的湍流度与目标湍流度的比值对建筑物在高度方向进行分段，比值大于1.1的高度分段为第一段，比值在1.0-1.1的高度分段为第二段，比值小于1.0的高度分段为第三段。
8.根据权利要求1所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于：所述步骤②中对结构化网格在进行网格无关性检验后的空风洞网格尺寸布局作为后续含建筑物的流域背景网格。
9.根据权利要求1所述的一种用于建筑数值风洞的大涡模拟湍流生成方法，其特征在于：所述步骤④中的空数值风洞下建筑物位置处沿高度方向的风速时程具体为不含建筑物的cfd数值模型在模拟时，计算流域在建筑物位置处沿高度方向的风速时程。
