
【化】 critical wind velocity
critical
【医】 crisis
wind speed
【机】 air speed
临界风速(Critical Wind Speed) 指在风工程学中,当气流流经特定结构(如桥梁、高层建筑)时,引发结构显著振动或失稳现象的最低风速阈值。该风速下,结构因气流分离产生的周期性涡旋脱落频率(卡门涡街)与结构固有频率重合,导致共振现象,可能引发结构疲劳损伤甚至破坏。
涡激振动(Vortex-Induced Vibration, VIV)
气流绕过钝体结构(如圆柱体)时,在背风侧交替产生涡旋脱落。若涡脱频率接近结构自振频率,会引发共振。例如,1940年塔科马海峡大桥的倒塌即因临界风速下的颤振失稳 。
驰振(Galloping)与颤振(Flutter)
驰振常见于非圆形截面结构(如矩形断面),在特定风速下产生自激振动;颤振则是气动、弹性与惯性力耦合的多自由度失稳现象,常见于大跨度桥梁 。
临界风速是结构抗风设计的关键参数。中国《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)要求对大跨屋盖、柔性桥梁进行风振分析,通过风洞试验或数值模拟确定临界风速,并采取调谐质量阻尼器(TMD)等减振措施 。
来源参考
临界风速是流体力学和工程安全领域的重要概念,在不同应用场景中有具体定义和计算方法。以下是综合多个领域(以隧道通风排烟为主)的详细解释:
临界风速指在特定条件下,流体流动达到稳定状态或防止有害物质扩散所需的最小风速。在隧道工程中,它特指防止火灾烟气逆流的最小纵向通风速度。当风速超过该值时,烟气无法向上游蔓延,从而保障逃生通道安全。
常用公式基于流体力学原理,例如Kennedy提出的经典模型: $$ v_c = K left( frac{g cdot Q_c cdot H^{5/3}}{T_0 cdot rho_0 cdot c_p} right)^{1/3} $$ 其中:
因素 | 影响表现 |
---|---|
火灾强度 | 火源热释放率越大,所需临界风速越高 |
隧道几何形状 | 截面尺寸、坡度等影响气流分布,如Y型隧道需特殊计算 |
环境参数 | 空气温度、密度及送风温度会改变烟气浮力效应 |
烟雾堆积高度 | 烟雾层越厚,通风阻力越大,临界风速需求增加 |
除隧道工程外,该概念还存在于:
如需进一步了解具体场景的计算案例或标准规范,可查阅文末引用的学术文献或工程手册。
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