一种模拟大型复杂屋面水流形态的方法

摘要

本发明涉及大型复杂屋面水流形态的模拟方法，首先，新建或者导入大跨结构复杂异形屋面模型；其次，对水流质点定义重力荷载、风荷载、粘性阻力系数，以及与屋面曲面之间的摩擦力系数；最后，预设初始时间步长和计算容许残差，通过计算模拟得到屋面流水形态。本发明的方法，综合考虑屋面水流在运动过程中的各种作用力，更加符合实际情况，可快速地模拟屋面水流形态；通过参数化设计，可通过交互式操作对屋面建筑结构形式进行实时调整优化，模拟出屋面水流形态；并且可以进一步将水流位移等形态通过动画形式直观表现模拟结果。

主权项

一种模拟大型复杂屋面水流形态的方法，其特征是，首先，新建或者导入大跨结构复杂异形屋面模型；其次，对水流质点定义重力荷载、风荷载、粘性阻力系数，以及与屋面曲面之间的摩擦力系数；最后，预设初始时间步长和计算容许残差，通过计算模拟得到屋面流水形态；水流粒子所受到的作用力包括重力G、风荷载w、粘性阻力f_d、摩擦力fs和屋面反力N，其中，水流粒子接触点切线与水平方向夹角θ，粘性阻力f_d的表达式为公式(2)，式中k_d为粘性系数，v为速度，作用力随着粒子运动处于变化状态，f_d＝k_d·v                      (2)水流质点与屋面曲面之间的接触力，首先按照水流质点与曲面的最近距离来判断两者是否接触；在判断两者接触后，计算接触点在曲面的切线和法线方向，根据粒子在法线方向的受力平衡建立受力状态方程，结合摩擦力系数，通过公式(3)和公式(4)计算得到粒子在曲面切线方向的摩擦力fs大小，N＝mg·cosθ+w·sinθ             (3)f_s＝μ_s·N                       (4)式中，m为水流粒子质量，g为重力加速度，风荷载w在运动过程中通常保持不变，直接赋予常量值，μ_s为水滴与屋面的摩擦系数。