500米口径球面射电望远镜工程(FAST工程)

FAST风环境数值模拟研究简介

  FAST工程中,要实现反射面结构抗风设计、馈源系统结构风振响应分析、施工过程中大工件精确安全吊装、反射面面形高精度测控以及望远镜建成后的运行监测均需要对FAST台址风环境给出定性分析、数值模拟或实测结果。
    数值分析、风洞试验和现场测试这三种研究手段在风环境研究中各有优缺点。由于尺度差异大,环境复杂,风洞试验难度和成本很大,数值模拟和现场测试相结合的风环境研究尤其必要而且较为可行。
    目前,FAST风环境数值模拟研究已基本完成,实现了FAST风环境研究的具体目标。考虑了计算域、计算网格、湍流模型、温度和重力的影响,得到了优化的计算模型,对不同风向、不同基准高度、不同基准速度、不同湍流特征尺度、不同地形截断和不同地面粗糙度的影响进行了分析,还给出了馈源塔、馈源舱索和馈源舱关键点的风速结果。
    由于FAST台址洼地地形的复杂性,计算区域的网格划分是一个难点,采用非结构化网格,得到了质量较好的计算网格,其中地表网格如图1所示。
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    挡风墙问题,反射面面板开孔率问题,是FAST风环境模拟分析中需考虑的两个重要方面。图2给出了有无挡风墙以及反射面面板有无开孔的几种情况下反射面边缘附近速度大小等值线对比(风向来自图2中所示X轴正方向)。

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    不同风向下,反射面压力分布特点是不同的。图3给出了八个风向下反射面风压系数分布特征。

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    图4给出了24个风向下反射面上各点风压系数沿半径方向的统计,可以看出风压系数最大值略超出0.4,与反射面初步设计的选取范围基本相同。

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