湖南农业大学潘小旺博士等:考虑外部流场分布特征的农业大棚气动外形优化

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。