大气边界层风场模拟及测试技术的研究

总结了同济大学土木工程防灾国家重点实验室使用挡板、二元尖塔、分布粗糙元和格栅这几类模拟装置,在ＴＪ-1,2,3小、中、大三种类型风洞中模拟大气边界层流场的实践经验.除了纵向风场特性,还首次报道了在大气边界层风洞中测得的横向和竖向风场的特性,所得结果令人满意.最后还报道了一种新型的行人高度风环境探头大气边界层风场模拟及测试技术的研究@黄鹏@施宗城@陈伟@顾明     

基于边界层风洞的下击暴流稳态风场特性数值模拟

针对下击暴流稳态风场模拟问题,基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),首先分别采用二维、三维冲击射流模型对下击暴流风场进行数值模拟,对下击暴流风场特性进行研究.在此基础上,根据下击暴流对桥梁结构作用主要受水平风速影响的特点,采用二维数值模拟方法对边界层风洞中设置倾斜平板模拟下击暴流水平风速风场进行了研究.最后,设计并加工了边界层风洞下击暴流水平风速模拟试验装置,在边界层风洞中进行了下击暴流水平风速风场模拟试验,并将数值模拟结果与试验结果和已有文献结果进行了比较.结果表明:下击暴流风场的二维冲击射流模型模拟结果与三维冲击射流模型模拟结果吻合较好,即二维冲击射流模型是一种有效的下击暴流风场简化模拟方法;在边界层风洞中设置倾斜平板所模拟的下击暴流水平风速风场数值模拟结果和风洞试验结果具有较好的一致性,并与冲击射流模型数值模拟结果和现场实测结果均吻合较好,即在边界层风洞中设置倾斜平板可模拟下击暴流水平风速稳态风场特性.     

基于谐波合成法的大涡模拟脉动风场生成方法研究

为准确模拟大涡模拟入口处的脉动信息,在充分考虑脉动风场的功率谱、相关性、风剖面等参数前提下,运用谐波合成方法生成了满足目标风场湍流特性的随机序列数,通过对FLUENT软件平台进行二次开发,将生成的随机序列数赋给大涡模拟的入口边界,从而实现了大涡模拟的脉动输入.基于风洞试验数据,分别建立了两种模拟脉动风场的数值模型,一为没有任何障碍物的空风洞,运用谐波合成方法生成的随机序列数作为入口边界来生成脉动信息;二为与真实风洞一致的尖劈粗糙元风洞,采用平均风作为入口边界,利用尖劈粗糙元对风场的扰动来产生脉动信息.通过对比两种数值模型发现:基于谐波合成方法生成的脉动风场可作为大涡模拟的入口边界,可为大涡模拟脉动入口研究提供参考.     

台风风特性现场实测与数值模拟研究综述

台风风特性的现场实测与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟是研究台风作用下结构风效应和城市地形风场特性的主要方法。采用综述形式,对当前台风风场特性现场实测与数值模拟研究的基本方法、主要内容、待解决问题及未来发展趋势进行了归纳及总结。现场实测台风数据为台风风特性的研究提供有力的科学根据,在数值模拟软件中对台风风场进行模拟极大方便了对台风风特性的研究。目前,台风实测数据还十分有限,台风非平稳性和地域性差异等因素导致难以用数值模拟的方式准确描述城市地形风场环境。未来,需以现场实测和数值模拟相结合的方式,总结风场特性,对城市地形风场建立适配的台风数学分析模型,得到合适的结构设计风参数选值方法。     

昆明世博园孔雀艺术广场改建工程的风洞实验

介绍了昆明世博园孔雀艺术广场改建工程的风洞实验。实验中模拟了当地风场，测量了观众席顶棚和舞台顶棚的平均风压和均方根风压以及观众席顶棚下游脱落涡的频率。实验结果表明，受断崖下游脱落涡的影响，各片顶棚的瞬时风压较大；观众席顶棚的风压分布在沿主风向时各片有明显变化，均方根风压较强。舞台顶棚的平均风压较小，但瞬时风压较大。     

建筑风环境模拟及其舒适性判断

某些建筑布局会引起很强的局部风，带来不舒适的风环境问题，通过风洞模拟试验研究可以解决这一问题。从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等方面介绍了几种风环境风洞模拟研究方法。     

中性大气边界层模拟试验调试方法研究

风洞模拟试验是风工程研究的一种重要手段．在风洞中正确复现大气边界层流动特性，对高层建筑和高耸结构的风载和风振试验有十分重要的意义．多年来一直是风工程界学者所密切关心的问题．本文总结了同济大学土木工程防灾国家实验室在风洞试验中模拟大气边界层流场的实践经验，并提出了完整而实用的模拟方法．     

建筑风环境模拟及其舒适性判断

某些建筑布局会引起很强的局部风,带来不舒适的风环境问题,通过风洞模拟试验研究可以解决这一问题.从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等方面介绍了几种风环境风洞模拟研究方法.     

大跨度桥梁脉动风场的随机模拟

首先分析了一种宽域平稳随机过程的特性，然后基于频谱表达方法并利用Kaimal风谱函数的特性，提出了一种模拟桥梁脉动风场的高效率方法；证明了采用本方法模拟产生的脉动风场具有各态历经性，满足目标互相关函数；最后给出了一个计算示例。     

大跨度桥梁风场模拟及气动力计算

介绍了一种快速高效的用于大跨度桥梁风致振动分析的风场模拟方法,并对模拟风场的统计性质进行了讨论和验证。在此基础上进一步给出了大跨度桥梁抖振力和自激力的时域表达方式,其中针对自激力计算中涉及的参数识别问题,提出了一种简单实用的非线性参数识别方法,本文采用上述理论,获得了作用于香港汀九大桥上的风场和气动力,据此对大桥进行的抖振响应时域分析表明,计算结果与风洞试验结果吻合良好,说明文中述及的这套理论已达     

沿海城市风场时空特征分析 ——以福建省晋江市为例

为分析沿海城市风场的时空变化规律,本文以福建省晋江市为例,在当地气象观测资料的气候统计基础上,通过风矢量分解、统计与数值模拟、海陆风日等方法,从静风、主导风与海陆风三个方面研究了晋江城市风场的基本规律,初步了解沿海城市风场的基本特征。结果如下：沿海城市受海陆地形等因素影响导致当地平均风速较高,静风天较少,风能资源丰富;我国沿海城市大多处在季风气候区域,不同季节主导风向差异明显,符合季风气候特征;沿海城市风场受海陆风等局地风场影响较大,某点出现海陆风的频率与其到海岸线距离大体呈负相关规律,海风与陆风风向在海陆风日内转换差异显著,海陆风各项特征均具有季节性差异。本文可为沿海城市风场时空特征研究提供基础理论方法,并且为沿海地区的天气预报与监测、污染扩散与传输、农业种植区划、风资源利用等方面提供十分重要的理论依据。     

微型飞机机翼平面布局的风洞试验研究

介绍了常用的15种微型飞机机翼平面布局在西北工业大学低湍流度风洞进行风洞试验研究的情况。研究目的是探索微型飞机的风洞试验技术和获得各种微型飞机布局的低雷诺数气动特性。着重研究了风速、迎角对微型飞机各布局气动特性的影响。研究结果表明：风洞试验是研究与微型飞机有关的低雷诺数气动特性问题的有效而又切实可行的途经;八面形布局具有较高的升阻比和升力系数,是微型飞机理想的设计选择。试验结果可供微型飞机设计参考。     

变化风场下太湖表层湖流特征及其对蓝藻迁移的影响

为了解太湖表层湖流对变化风场的响应特征,以及风场表层流场对蓝藻迁移的影响,通过GPS粒子示踪器对表层湖流进行观测,结合观测期间风场的变化特征和遥感图像,分析了变化风场条件下太湖的表层湖流特征以及蓝藻水华的迁移聚集过程。结果表明:太湖风场是太湖表层流场的主要驱动力,但受到地形特征、岸线特征等因素的影响,不同水域表层流场对风场的响应并不完全一致;太湖风场影响下太湖表层湖流在空间上的广泛差异性是导致蓝藻迁移过程中在不同区域聚集程度不同的主导因素,也是区域性蓝藻水华暴发的重要原因之一。风场表层流场蓝藻迁移聚集过程是一个依次传导的响应系统,条件适宜风场影响下的流场是触发蓝藻水华短时间、大面积暴发的重要外部因素。     

基于短路容量法的并网风电场短路电流分析

由于风力发电场与常规的火力发电厂在模型建立方面存在很大差异,因此从工程应用的角度建立一套满足风力发电场特点的短路电流的计算方法具有实用价值.针对风力发电场的自身特点,结合应用短路容量法来进行风电场短路电流的分析,并进一步分析了风力发电场并网状态对并网点电压的影响.最后以实际的风力发电场为算例进行了短路电流的计算分析.     

全风向来流非高斯风场风机疲劳寿命可靠性分析

在Hermite矩模型基础上,根据Kaimal谱生成某典型风机结构正常风速条件下,三种不同概率特性风场(高斯、非高斯硬化和软化),在考虑来流风向和平均风速联合概率密度条件下,以塔架基础连接处为例,对风机进行疲劳寿命可靠性分析.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域和频域特性进行分析.基于线性损伤累积理论和Paris公式,对来流全风向条件下的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行了详细讨论.结果表明,裂纹形成寿命对风荷载的非高斯性较为敏感,而裂纹扩展寿命对风荷载的非高斯性并不敏感,需要考虑风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.此外,在考虑全风向来流条件下,疲劳裂纹形成和扩展阶段的失效位置相同,均在主导风向上.     

海岛微地形风洞试验研究

海岛四周由于受海风影响较大,其风场特性处于不断变化中,准确了解其风特性是进行相关建设抗风设计的基础。然而,现行相关规范描述风场特性的数学模型通常仅适用内陆平坦地形,尚不足以描述类似海岛地形的风环境。因此,本文采用风洞试验的方法对南澳岛上一山谷内的风场特性进行了研究。研究结果表明：越靠近山谷中心,平均风速剖面与湍流强度剖面变化越大;主要风向来流下各测点的脉动风速功率谱与vonKarman谱较为吻合。本文研究成果可为类似地形下的工程设计提供试验依据。     

含风电微电网负荷预测建模及其仿真

风具有随机间歇性特性,在并网条件下参与电网负荷预测,其风速和风向的间歇性会对电网产生很大冲击,严重影响电力系统的稳定性.结合微电网的特点和风电运行特性,搭建微电网的基本负荷模型和风电模型,并采用MATLAB/Simulink建立负荷预测仿真模型.仿真结果表明,含风电微电网不仅能够抵御消化风电并网的影响,还能够有效降低电网的负荷曲线的峰谷差.含风电微电网参与电网的负荷预测能够有效地提高电力系统的供电可靠性.     

二维矩形截面柱体气动力系数雷诺数效应

在TJ-2风洞中,测量了5种截面宽厚比(B/D为2.0,2.5,3.0,3.5和4.0)的二维矩形截面柱体的表面风压时程,雷诺数(Re)的变化范围为1.1×105~6.8×105,然后通过风压时程积分的方法获得了模型的气动力系数时程.研究了各模型气动力系数的雷诺数效应,分析了模型的平均阻力系数随截面宽厚比的变化规律,并与以往的研究成果进行了对比,最后分析了各模型的气动力系数功率谱随雷诺数的变化规律.研究表明,宽厚比2≤B/D≤4的二维矩形截面柱体的气动特性受雷诺数的影响,且随着截面宽厚比的增大,二维矩形截面柱体模型的气动特性对雷诺数越来越敏感.尾流区的旋涡脱落对模型顺风向脉动风荷载有一定程度的贡献,但横风向升力主要来源于尾流的漩涡脱落.