摘要
城市现代化的飞速发展使得建筑逐渐朝着高层化发展，也带来了对高速电梯的关注和研究。电梯的高速运行会严重影响井道内的气流流向和速度，随之会产生风致振动、气动噪声等工程难题。高速电梯运行时井道内的空气被迅速压缩-释放形成活塞效应，特别在轿厢和对重交会过程，活塞效应使得两者周围气流发生剧烈变化，受到复杂强烈的气动载荷变化，影响电梯运行的稳定性和安全性。交会时期的轿厢与井道之间的环隙空间流场是活塞效应的重要区域，探究环隙空间内的气流运动规律并减弱活塞效应显得尤为重要。本文通过三维数值模型和流动理论建模，融合数值模拟方法对交会过程井道内气流流动特性进行研究，并通过实体试验验证了数值方法和理论模型的可行性，为交会过程井道内气流变化分析的工程应用提供了一定的理论指导。 本文首先根据不同参数变化，构建了多个高速电梯轿厢-对重交会三维数值模型，在充分考虑动壁和静壁的耦合作用关系下，基于湍流半经验理论和伯努利原理建立了高速电梯轿厢与井道环隙空间气流流动理论模型，得到了环隙流动速度分布规律与特征位置;然后提出了一种基于交会模型的多区域动态分层数值方法，对整个运动过程的气动流场进行分层数值计算，提出了不同精度的动网格计算方法，确定采用有限体积法的求解控制方程，并定义了计算区域边界条件。 其次，基于提出的交会过程三维数值模型和环隙空间流动理论模型进行数值模拟，研究了交会过程轿厢和对重所受横向侧向力、体周压力和垂直阻力的变化情况，进而分析了交会时期井道内不定常气流变化规律以及轿厢和对重的受力突变情况;而对于井道和轿厢的环隙空间区域，分别对轿厢不同运行时间下的环隙流场进行理论分析，同时计算了不同时间下环隙流动速度随壁面距的变化，得到了分别使得环隙流动速度等于轿厢运行速度，负速度最大以及等于零时的壁面特征位置。 然后，对三种不同精度的动网格数值计算模型进行独立性验证;通过合作电梯公司120m高速电梯试验塔，搭建高速电梯交会过程气流流动试验平台，使用GM8902数字式风速计进行轿厢在与对重交会过程的气流特性测试试验和轿厢-井道环隙空间流动速度试验测量，然后将三维模拟仿真数据和试验数据进行相关性分析，并进行误差合理化处理，验证了模拟仿真计算的有效性和真实性。 最后，基于建立的数值模型和理论模型，进行多区域分层模拟计算，研究了四组不同阻塞比、长度比和间距变化下的轿厢体周所受阻力和侧向力的变化规律，对比分析了不同结构参数变化对轿厢和对重交会阶段的气动载荷以及诱导气流的影响规律;然后通过改变九组轿厢速度、六组轿厢高度、六组轿厢阻塞比和六种井道高度，分析了不同参数变化下环隙流动速度随壁面距的变化规律，研究了上述参数变化对于井道-轿厢环隙空间气流流动速度分布情况的影响，得到了当轿厢和对重在井道交会时，轿厢和对重相互作用增强，轿厢的阻力系数和侧向力系数发生突变，并在交会之后回归正常状态;随着长度比和间距的减小以及堵塞比的增大，阻力突变程度也随之增大，而轿厢的侧向力突变主要受轿厢对重间距的影响并随着间距的减小而增大;而对于井道-轿厢环隙区域,环隙流动速度分布随壁面距的增加呈现出先正后负最终趋于零的趋势;环隙流场内的特征速度与多个影响因素相关;影响环隙流动速度分布最为明显的是轿厢速度，其次是井道阻塞比和井道高度，轿厢高度的变化对环隙流动速度分布影响较小。
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