
【化】 critical wind velocity
critical
【醫】 crisis
wind speed
【機】 air speed
臨界風速(Critical Wind Speed) 指在風工程學中,當氣流流經特定結構(如橋梁、高層建築)時,引發結構顯著振動或失穩現象的最低風速阈值。該風速下,結構因氣流分離産生的周期性渦旋脫落頻率(卡門渦街)與結構固有頻率重合,導緻共振現象,可能引發結構疲勞損傷甚至破壞。
渦激振動(Vortex-Induced Vibration, VIV)
氣流繞過鈍體結構(如圓柱體)時,在背風側交替産生渦旋脫落。若渦脫頻率接近結構自振頻率,會引發共振。例如,1940年塔科馬海峽大橋的倒塌即因臨界風速下的顫振失穩 。
馳振(Galloping)與顫振(Flutter)
馳振常見于非圓形截面結構(如矩形斷面),在特定風速下産生自激振動;顫振則是氣動、彈性與慣性力耦合的多自由度失穩現象,常見于大跨度橋梁 。
臨界風速是結構抗風設計的關鍵參數。中國《建築結構荷載規範》(GB50009-2012)要求對大跨屋蓋、柔性橋梁進行風振分析,通過風洞試驗或數值模拟确定臨界風速,并采取調諧質量阻尼器(TMD)等減振措施 。
來源參考
臨界風速是流體力學和工程安全領域的重要概念,在不同應用場景中有具體定義和計算方法。以下是綜合多個領域(以隧道通風排煙為主)的詳細解釋:
臨界風速指在特定條件下,流體流動達到穩定狀态或防止有害物質擴散所需的最小風速。在隧道工程中,它特指防止火災煙氣逆流的最小縱向通風速度。當風速超過該值時,煙氣無法向上遊蔓延,從而保障逃生通道安全。
常用公式基于流體力學原理,例如Kennedy提出的經典模型: $$ v_c = K left( frac{g cdot Q_c cdot H^{5/3}}{T_0 cdot rho_0 cdot c_p} right)^{1/3} $$ 其中:
因素 | 影響表現 |
---|---|
火災強度 | 火源熱釋放率越大,所需臨界風速越高 |
隧道幾何形狀 | 截面尺寸、坡度等影響氣流分布,如Y型隧道需特殊計算 |
環境參數 | 空氣溫度、密度及送風溫度會改變煙氣浮力效應 |
煙霧堆積高度 | 煙霧層越厚,通風阻力越大,臨界風速需求增加 |
除隧道工程外,該概念還存在于:
如需進一步了解具體場景的計算案例或标準規範,可查閱文末引用的學術文獻或工程手冊。
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