丘陵地区深切峡谷风特性现场实测研究

根据测风塔和当地气象站数据,对江底河大桥桥址处深切峡谷的风场特性进行研究.基于数据统计分析得到桥址处风场的平均风速、风向、湍流强度、湍流积分尺度和湍流的功率谱密度函数.结果表明:该桥所在的深切峡谷地形对风向有锁定作用、对风速有加速作用、并且对各个风向下的湍流特性有明显的影响;深切峡谷顺风向湍流强度与平均速度的关系用反比例型函数拟合,拟合效果良好且高风速下接近规范值;竖风向湍流强度明显高于规范推算值.顺风向实测风谱与Kaimal谱相差较大而与von Karman谱吻合较好;竖风向实测风谱明显大于Panofsky风谱而与von Karman谱比较接近.横风向实测风谱与Panofsky谱、von Karman谱都比较接近.     

台风“梅花”作用下中国航海博物馆风场特性及风振响应实测分析

采用超声风速仪与加速度传感器,对台风"梅花"作用下中国航海博物馆周围风场及双曲面索网结构风振响应进行现场实测,对脉动风速的概率密度分布、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、风速功率谱等风场特性及加速度概率密度分布、反应谱、结构自振频率、阻尼比、振型等风振特性进行研究.结果表明:脉动风速的概率密度分布符合高斯分布;湍流度和阵风因子随平均风速的增大而减小;顺风向、横风向、竖向脉动风速影响下顺风向湍流积分尺度平均值的比值为12.1∶3.4∶1.0,湍流积分尺度与平均风速相关性较小,随湍流度的增大而减小;实测脉动风速谱与Von Karman谱较为吻合;风振具有较强的非高斯性,随振幅阈值的增长,阻尼比的变化可分为线性递增段和平稳段,利用谱分析法、随机减量法、随机子空间法等方法计算得到的自振频率较为一致.     

上海陆家嘴地区高空台风“温比亚”风特性实测

基于上海环球金融中心顶部超声风速仪记录的台风"温比亚"风速样本数据,对平均风特性和湍流强度、阵风因子、峰值因子、湍流积分尺度和功率谱密度等脉动风风特性参数进行了详细分析.结果表明:1小时内在3 s、10 min和1 h 3个时距的平均风速变化趋势一致.湍流强度呈现出随平均风速增加先下降后稳定的趋势,纵向和横向湍流强度均值分别为0.135和0.132;阵风因子均随湍流度的增大而增大,两者呈现线性增加的趋势;湍流积分尺度随平均风速增加而没有明显的变化趋势;Von-Karman谱能够较好地拟合本次台风实测纵向和横向风速谱.     

台风外围影响下的大跨度拱桥桥址区近地风特性实测研究

基于南广铁路肇庆西江特大桥风速风向监测子系统,对2015年6月台风"鲸鱼"气候条件下的平均风速、平均风向以及脉动参数(紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度、脉动风速功率谱等)开展实测研究.结果表明:台风外围影响下1min平均风速波动幅度较大,呈现出跳跃性;实测紊流强度离散性较低,纵向紊流强度实测值0.253,紊流强度和阵风因子有随平均风速的增大而减小的趋势特征,且该趋势在低平均风速段更为明显;各方向上紊流积分尺度与规范相应推荐值差别较大,流场中主要以中小尺度涡旋为主,其离散度随平均风速的增加略有增大;规范推荐的Kaimal谱与实测水平向脉动功率谱函数并不能很好地符合,台风"鲸鱼"在低频段和高频段的谱值均偏高.实测表明台风外围风场具有一定相关性,采用Davenport假设会带来一定误差.     

基于台风“梅花”的近地层湍流积分尺度实测分析

基于10,20和40m高度处台风"梅花"影响下的上海浦东地区近地风现场实测数据,分析了湍流积分尺度随平均风速、观测高度及平均时距的变化规律.结果表明:湍流积分尺度Lux,Lvx和Lxw会随平均风速和实测高度的增大而增大;10,20和40m高度处,湍流积分尺度均值Lux∶Lvx∶Lxw分别为1∶0.54∶0.07、1∶0.65∶0.11和1∶0.73∶0.1;相同高度处,Lux和Lvx随平均时距的增大而增大,而Lxw受平均时距的影响较小;湍流积分尺度Lxw在不同高度之间的相关系数整体上较Lux和Lvx偏小.     

上海环球金融中心顶部台风“灿鸿”风速实测

基于上海环球金融中心顶部(494m)采集到的台风"灿鸿"风速数据,对平均风速、湍流强度、阵风因子和峰值因子进行了分析.用广义风速谱拟合的方法计算湍流积分尺度,运用拟合参数将风速谱与Von Karman谱进行对比.研究结果表明:10min最大平均风速与1h平均风速,3s最大平均风速与10min平均风速均有较好的线性关系;顺风向和横风向阵风因子与湍流强度之间都满足线性关系;顺风向和横风向湍流积分尺度随10min平均风速的增加而增加;本次实测得到的风速谱与Von Karman谱有一定差距.     

复杂地形条件下的西部强风特性实测分析

针对复杂地形条件下风特性参数稀缺的问题,通过选择典型地形条件下的三处强风区进行风特性实测研究,得到峡谷山口区特殊的风场特性。平均风特性:(1)风向与峡谷走向一致;(2)风速、风向与季节变化有明显关系;(3)风攻角在±5°间;(4)风剖面指数随风速而增大。脉动风特性:(1)紊流强度均值都小于《规范》中相应的推荐值,表明紊流强度在强风条件下的值小于一般气象条件下的值;(2)紊流强度均值在三维方向的分布与《规范》建议值差别较大;(3)与《规范》推荐值相比,塔高70m处积分尺度实测值较大;(4)各测风塔沿高度方向的紊流功率谱相差不大,且随高度增加脉动频率增大。此外二维与三维测风仪观测结果(除风向角外)规律一致,但三维仪较二维仪所测极值风速明显偏大。     

影响兴化湾北部海域海上风电场的“麦德姆”风特性研究

利用兴化湾北部海域海上风电场区域的桃仁屿海上测风塔资料,对影响该区域的热带气旋"麦德姆"进行风特性探讨,包括湍流强度、阵风系数及幂指数等。结果表明,①正面影响风电场区域的强热带风暴"麦德姆",它的中心经过风电场时,风速骤降,风向明显转变,湍流强度变化相当剧烈,且湍流扰动能维持一段较长时间,这对风机的影响非常严重。②"麦德姆"影响期及观测期的桃仁屿站的湍流强度随风速变化情况与标准湍流强度曲线变化规律相一致。③根据风速的波动性及设计的保守性,阵风系数取1.3。④风速幂指数综合考虑为0.04。可为今后兴化湾北部海域海上风电场的研究做基础性的铺垫。     

高墩多塔斜拉桥沿桥轴向风特性实测分析

为研究山区地形高墩多塔斜拉桥沿桥轴向风特性变化情况,在桥面沿桥轴向安装两个三维风速仪和两个二维风速仪,利用小波法提取实测非平稳风时变平均风速,对沿桥轴向风样本进行平均风特性和紊流风特性分析.结果表明:沿桥轴向4个测点平均风速、平均风向角变化趋势基本保持一致;沿桥轴向湍流强度、阵风因子、积分尺度等紊流参数变化趋势基本保持一致,顺风向湍流强度均值较规范推荐值偏高;沿桥轴向实测风样本顺风向功率谱密度在低频段较Simiu谱值偏低,在高频段顺风向功率谱密度与Simiu谱吻合较好;竖风向功率谱密度在低频段较Panofsky谱值偏低;在高频段竖风向功率谱密度与Panofsky谱吻合较差.     

矮寨大桥桥址区脉动风特性的实测分析

根据建立在矮寨大桥上的测风塔对矮寨大桥所在山谷进行实时的风速、风向等信息的全程监测和记录,获得了在桥面上6个点和桥面下4个点的实测数据.基于矮寨大桥现场测得的风速数据,对湍流度、阵风因子、等脉动风参数特性进行分析研究.研究表明,湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小,并且通过最小二乘拟合得到了他们之间的经验公式.     

新疆达坂城风区顺风向脉动风功率谱

为研究新疆乌鲁木齐所处达坂城风区的复杂脉动风环境，基于实测风场风速数据分析并拟合了该风区的顺风向脉动风功率谱。结果表明：以反比例函数拟合山区峡谷地形平均风速与湍流强度的关系误差较小；山区峡谷地形湍流积分尺度分布较离散，但整体随平均风速的增大而增大；考虑地形系数的Kaimal修正谱在含能区和惯性子区间能较好地表征实测谱，在耗能区选用三参数拟合描述实测谱效果良好；选用过渡函数来描述惯性子区间与耗能区接触区域的功率谱，拟合效果较为理想。可见达坂城风区具有特殊顺风向脉动风特性，以修正谱和拟合谱分段构成的函数模型可用于表征该风区顺风向脉动风功率谱。     

风的湍流特性两种分析方法的比较及其应用

风的湍流特性实测研究中常用两种分析方法：矢量法是水平风速风向由二维风速矢量表示，即自然风为纵向分量和横向分量的矢量和；标量法是水平风速用绝对风速和风向两个标量表示．由于对水平分量的定义差别，两种方法对应的湍流脉动特性分析结果（如平均风速、阵风因子、湍流度、功率谱密度和湍流积分长度等）不一致，将两种方法用于分析广东、上海、福建和江苏等地实测的四组脉动风速数据，结果证明不同的分析方法给统计结果带来差异，差异的大小随着风的脉动强度增大而增大．     

广州西塔台风特性及风致结构振动现场实测研究

广州西塔楼高432 m共103层,属目前华南地区第一高楼,在台风“鲇鱼”的影响下,对其台风特性及风致结构振动进行了现场同步实测,获得了其风场特性、结构动力特性以及风致结构振动响应等相关结果.结果验证了湍流强度随平均风速增大而减小、阵风因子随湍流强度增大而增大等规律,且实测的顺风向与侧风向脉动风速谱均符合Von Karm...     

桥塔尾流区长吊索风振特性及其影响因素分析

针对悬索桥近塔处吊索突出的风振问题,开展桥塔尾流区长吊索风振特性及其影响因素研究.基于嵌套网格技术,建立桥塔尾流区长吊索计算流体动力学分析模型,开展了长吊索风振特性分析,并研究了吊索与桥塔距离、吊索阻尼比、折算风速等因素对桥塔尾流区吊索风振响应的影响.研究结果表明,桥塔截面尺寸较大,旋涡脱落频率低,易使长吊索发生大幅振动,且横风向振动尤为显著;塔后吊索横风向振幅随距桥塔的距离呈现先增加后减小的规律;增加阻尼比可有效抑制桥塔尾流区吊索振动响应,对横风向振动的抑振效果比顺风向振动更为明显;主塔尾流引起的长吊索风振响应随折算风速的增加呈现先增大后减小的规律,且当折算风速在4.5～5.5之间时振动最为显著.     

苏通大桥实测典型台风特性对比分析

为研究台风不同区域风特性的特征及差异,基于苏通桥址区实测"海鸥"与"海葵"台风各72 h的风速样本,开展了风眼经过/未经过桥址区2类台风实测风特性的对比分析.首先,基于矢量分解法对2类台风的平均风速与平均风向进行了对比分析.然后,计算了2类台风的紊流强度、阵风因子和紊流积分尺度,并采用最小二乘法对阵风因子与紊流强度的非线性关系以及紊流积分尺度的概率密度进行了拟合.最后,计算了2类台风的紊流功率谱密度,并与规范推荐的风谱模型进行了对比.研究结果表明,与台风中心更接近的区域紊流强度与阵风因子值更大,紊流积分尺度值更小,且阵风因子与紊流强度之间存在较强的相关性.桥址区紊流功率谱密度不仅与风速大小相关,还与紊流强度大小有关.2类台风的实测风特性参数与规范建议值均存在一定偏差.     

城市地区近地强风特性实测研究

对北京气象塔47 m高度处超声风速仪测得的强风样本进行了分析.结果表明:近地强风的湍流度和阵风因子较大,顺风向湍流度实测值大都在0.3以上,3个方向的湍流度有随着风速增大而减小的趋势.实测湍流积分尺度之比与Solari和Piccardo总结的经验公式有一定差别,顺风向湍流积分尺度与日本结构工程规范给定的结果相符.实测得到湍流功率谱密度与冯·卡门经验谱基本吻合,说明冯·卡门谱能够较好地描述北京城市地区近地强风的脉动风速谱特性.     

基于长期监测数据的某悬索桥桥位近处风场特性分析

为了对大桥抗风评估提供可靠依据,结合东海某大跨度悬索桥的风场监测系统,对该桥桥面及桥塔处的风速进行长期监测,采用统计方法及频谱分析对桥位处风速随高度变化、湍流强度、阵风因子以及脉动风的功率谱密度等进行分析.研究结果表明:无量纲幂指数在低风速时较不稳定,随风速增大而减小并趋于平稳,高风速下其统计均值为0.161,大于规范建议值;湍流强度亦随风速增大而减小并趋于平稳,可采用指数函数加以拟合,桥面高度处强风的顺风向、横风向及竖向湍流强度均值分别为0.180 6,0.156 4及0.078 7,亦大于规范建议值;阵风因子与湍流强度之间近似呈线性关系;强风的水平及竖向风谱与规范谱吻合较好,但实测谱值在低频段偏低.     

超强台风山竹近地风场特性实测

基于356 m高的深圳气象梯度塔（SZGMT）的实测风速时程数据，分析了超强台风山竹侵袭过程风场特性的竖向分布规律。结果表明，SZGMT上游地面的平均风速剖面指数为0.238，略高于建筑结构荷载规范（GB50009-2012）的C类地貌的指数值；纵向湍流强度接近GB50009-2012 D类地貌的建议值，三向湍流强度比值较我国公路桥梁抗风设计指南的建议值小，并随高度的增加而增大；阵风因子和湍流强度呈高度线性相关，各向峰值因子的拟合结果接近2.5；纵向湍流积分尺度略大于日本规范AIJ 2004和美国规范ASCE7-2010的建议值；实测纵向风速谱和Von Karman谱具有较好的一致性。     

基于尾流效应的低风速地区风电场布局优化方法

为了减少低风速地区风电场尾流效应对其发电能力的影响,提出一种通过改变风机塔筒高度以提高风电场收益的布局优化方法。首先分析了塔筒高度与风电场年发电量的关系,进而优化风电场主风向上机组塔筒高度,以使轮毂海拔高度呈渐进式增加,实现风电场年发电量提升的同时尾流损失下降的优化目标。最后,使用Wasp10.0风资源评估软件建立风电场模型,与未使用优化方法的风电场进行仿真对比。仿真结果表明,随着主风向上前后排机组轮毂海拔高度差值的不断增加,风电场年发电量不断增加,验证了所提方法的有效性。     

使用WRF-Fitch对湖区风电场风力发电机尾流效应特征的数值模拟

为解析不同稳定度情况下多种风机排布配置对尾流效应的强度、作用范围和风能利用效率的影响, 以鄱阳湖地区风电场为例, 使用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)和Fitch尾流模型进行模拟实验。结果表明: 在不同大气层结稳定度情况下, 单个风机尾流效应的影响范围能够达到下游4~10 km处, 对下风向风速的削弱强度可达−0.2~−1.2 m/s。在风的来向上风机数量越多, 下游风速减弱越大; 正方形紧密排布风电场的尾流效应对风速的削弱效果最明显, 而空心菱形稀疏排布风电场的尾流区风速更容易恢复。由于不稳定的大气层结内热力和动力湍流交换强度更强, 更有利于尾流区内中动量的交换和下传, 因此稳定大气层结的尾流效应影响范围比不稳定大气层结更广。风机所在位置垂直剖面上的湍流动能呈现中心最强、向外耗散的特征, QKE(湍流动能的两倍)随着高度增加而先增至最大值(> 19 m²/s²), 再减至0左右, 之后趋于稳定, 最大值出现在约离地90 m的高度, 估计尾流效应的垂直影响范围可达约离地1.1 km的高度。