障碍物对孤立山丘三维风场的影响

采用数值计算软件FLUENT研究障碍物的尺寸、障碍物与山坡坡底的距离对山丘风场的影响.根据计算结果绘制山顶上方50m处的湍流强度和速度变化图,山丘表面风速值线图以及来流方向分风速等值线图.分析结果表明:障碍物越高,距离山坡坡底越近,山顶风速减小幅度越大,越不稳定;山丘上游存在障碍物时,迎风坡和背风坡均出现低速区;障碍物距离山坡坡底较近时,迎风面上还出现了回流现象.迎风面、背风面的速度变化较大,不适合安装风力机;山丘两侧风速一直变化不大,比较适合安装风力机.     

山地风速地形修正系数沿山坡的详细插值分布

为研究山地风速地形修正系数η沿各向山坡的详细分布,对两座缩尺比为1∶300的具有不同坡度的余弦型单体山峰模型进行了风洞试验,获得了η沿迎、背、侧风坡面的详细分布.采用CFD软件Fluent建立数值模型,并将其计算结果与风洞试验结果进行对比,验证了数值模型的正确性.对具有不同高度(H=90~500m),不同坡度(tanα=0.13~0.5)和不同形状(余弦型、高斯型、抛物线型)的山体进行了数值模拟,拟合了山坡任意位置的η值建议计算公式,并与各国规范进行对比.结果表明,相对于现有水平向线性插值模型,根据山脚和山顶的η值,以计算点距山脚点的垂直距离h为自变量的竖向线性插值模型更能安全、合理、简便地估计山坡任意点的η值.侧风坡面的加速效应对于η取值起控制作用;侧风坡脚的η值可相对于迎、背风坡脚分别大61.89%和94.09%,最大可达1.2.     

峡谷地形平均风速特性与加速效应

采用计算流体力学(CFD)方法建立多个数值模型,通过与风洞试验的对比分析验证了数值模拟结果的可靠性,较系统地研究并详细分析了峡谷长度、山顶间距、山脉坡度3种地貌因素对平均风加速效应的影响.结果表明:山脉顶部加速效应主要受山脉坡度的影响,在近地面内坡度越大加速效应越明显;峡谷内部加速效应受多种地貌因素影响且变化趋势较为复杂,必须考虑峡谷侧坡边界层的影响和流动的三维效应,当峡谷长度越短、山顶间距越小、山脉坡度越大时,迎风谷口处在近地面内的加速效应越明显.最后计算出典型峡谷的风压地形修正系数,并与我国建筑结构荷载规范进行对比.     

坡度对三维山丘风场特性及绕流机理分析

为研究坡度对山丘地形风场特性的影响,采用基于空间平均的大涡模拟方法进行了非定常绕流数值模拟研究。首先,通过与试验结果的对比,验证了模拟方法及参数的有效性;然后,研究了15°、21.8°、30°和45°四种坡度对山丘的近地绕流平均和脉动风速场的影响,着重从时均和瞬态流场角度进行了影响机理分析;最后,分析了坡度对地形加速效应的影响,并与不同国家规范结果进行了对比。结果表明：大涡模拟方法可以较有效地模拟不同坡度山丘的平均和脉动风速特性;不同坡度山丘迎风面处的平均和脉动风速场的变化规律基本一致,差异主要在山顶和背风面处。在山顶位置,随着坡度的增加,脉动风逐渐增大,以坡度30°为界,山顶处的流向平均风速呈现先减小后增大的趋势,背风面流动分离点逐渐向下游移动,引起涡旋中心位置逐渐向下游移动且远离山丘壁面。在背风面山腰近壁区,以坡度30°为界,当坡度较低时,随着坡度增大旋涡尺度不断增大,旋涡尾迹变宽,能量逐渐集中,流向平均风速逐渐减小,脉动风速逐渐增大;坡度大于该值时变化趋势则相反。不同坡度的地形加速效应趋势基本类似,主要差异在近壁区,结合各国规范本文给出了不同坡度地形加速效应的最大值曲线。     

单山和双山风场特征的CFD数值模拟

采用CFD模拟方法研究单山和双山情况下三维山丘风场,研究计算模型表面粗糙度对风场的影响,计算不同坡度山体情况下单山的风场,进行两个山体左右排列情况的风场计算,分析坡度、风向角、间距对双山风场的影响.研究表明:山体的计算模型表面粗糙度增大时,山顶上方半山高度的加速效应减弱,山后尾流区的高度增加;山体横风切面的加速效应大于顺风切面,横风切面内半山以上的位置均为风速最大值区域;左右双山紧贴排列情况下,风斜吹时前山山顶的加速比大于后山山顶,风直吹的数据在两者中间.     

风电场复杂地形效应的数值模拟及微观选址

以复杂地形风电场微观选址问题为背景,通过对孤立山丘、断崖和山谷复杂地形的数值模拟,研究坡度和粗糙度对不同地形的风场影响,并在数值模拟结果的基础上进行了风场的微观选址分析.通过对三种不同地形模型进行数值分析,在坡度越大时山顶处的风速就越大,粗糙度越大风速就越小,并容易产生回流区.对于山丘模型,在背风面坡脚处湍流强度最大,风机应选址在山顶或半山坡以上;对于断崖模型,在山顶处湍流强度最大,风机适宜选址在坡顶和坡顶水平后方;而对于山谷模型,在谷底处湍流强度最大,风机适宜选址在坡顶处.     

复杂山地环境下脉动风速谱研究

进行了8种坡度下单个三维山体的模型风洞试验,讨论了山体各位置脉动风速谱的变化规律,以及坡度对脉动风速谱的影响.结果表明:背风面山脚0.8h高度以下位置,脉动风速功率谱与来流风速谱相比,功率谱峰值明显增大,峰值频率向高频移动,单峰特征明显,频带变窄.除此以外的背风面其他位置、迎风面以及山顶位置的脉动风速功率谱与来流风速谱基本一致.提出了山体背风面脉动风速能量由来流湍流能量和山体尾流涡旋能量构成的思想,将来流脉动风速谱与涡旋谱进行分离,并根据试验数据拟合,提出了保守的涡旋谱的计算公式.根据不同坡度山体的试验,得出了0.5为涡旋产生与否的临界坡度.     

基于山地环境的尾流分布特征的风洞试验

针对复杂山地环境开展缩尺模型风洞试验,研究气流越过山体后背风面尾流的分布特征.分析不同坡度下山体背风面平均风剖面以及脉动风速功率谱随测点位置的变化规律,研究山体的山顶加速效应和遮挡效应影响以及背风面涡旋发展情况.当背风面坡度为25°时,山顶出现加速效应,山体遮挡效应不明显,尾流中涡旋不充分;当背风面坡度为50°时,山体遮挡效应明显,尾流中涡旋发展充分.山体高度为H,其背风面至少1.7H(高度)×6H(长度)范围内存在涡旋并影响风场频域分布,且离山脚6H范围外遮挡效应仍未消失.比较了中美规范中关于山顶加速比的计算差异,结果表明规范计算值较风洞试验值偏大.     

竖向荷载下斜坡桩基承载力及影响因素数值研究

利用有限差分软件FLAC3D,开展了竖向荷载下斜坡桩基极限承载力研究。分析了斜坡桩基竖向极限承载力的变化规律及其影响因素。并与平地桩基进行对比,分析了斜坡的存在对承载力的影响。最后给出了斜坡与平地桩基极限承载力比值工程应用表。研究表明:斜坡桩基极限承载力与临坡距呈正比关系,临坡距越大,极限承载力越高;与坡度呈反比关系,坡度越小,极限承载力越大。提出了一种斜坡桩基竖向极限承载力实用计算方法:实际工程中,可以先按传统的设计计算方法确定平地桩基的承载力,然后根据实际坡度和临坡距离,采用插值的方法在比值表中取相应的调整系数,确定斜坡桩基的承载力。     

黄土沟壑区桩基竖向承载力计算方法

为了控制道路建设成本和满足道路线形需要,黄土沟壑区修建的桥梁桩基多处于斜陡坡上,因其存在桩侧土的缺失效应和桩侧土压力的削弱效应,降低了桩基竖向承载力,从而导致采用现行规范计算黄土沟壑区桩基竖向极限承载力偏不安全问题。结合黄土沟壑区的土质特性和背景工程的桩型特征,根据斜陡坡桩基竖向承载机理,建立了考虑边坡系数与临坡距耦合作用的黄土沟壑区桩基竖向承载力计算模型。运用FLAC 3D有限差分计算软件,研究边坡土体缺失效应和削弱效应对斜陡坡地形桩基承载力的影响,并通过回归拟合方法,建立黄土沟壑地形竖向桩基承载力计算公式。研究结果表明:黄土沟壑地形对桩端摩阻力的影响可以忽略,但对于桩侧摩阻力的影响不容忽略;边坡系数和临坡距对桩基竖向承载力的影响成相互耦合关系,桩侧摩阻力随着临坡距和边坡系数的增加而增加,且桩侧摩阻力增加量越来越慢;临坡距为1d时(d为桩径),边坡系数从0.57增加到1.00时,桩侧极限摩阻力增加了91.6%,边坡系数从1.73增加到3.73时,桩侧极限摩阻力增加了22.2%;临坡距为10d时,边坡系数从0.57增加到1.00时,桩侧极限摩阻力增加了37.4%,当边坡系数从1.73增加到3.73时,桩侧极限摩阻力增加了18.3%。提出的桩基竖向承载力公式计算结果与数值模拟结果基本一致,可为同类桩基承载力计算提供参考。     

热闹国会冷眼看

台前幕后两张"皮" 2003年9月22日,我在离开国会两年半之后再次故地"重游".我独自漫步在国会山周围的大街小巷,看着国会大厦台阶上来去匆匆的人们,回想起曾经在这里度过的三年时光,回味着自己对国会从陌生到熟悉、从好奇到厌烦、从困惑不解到豁然开朗的转变.     

蒜山、云台山应是两座山

云台山，又名银山，为道教胜地。蒜山在云台山西北，为军事要地。两山相接，中有夹谷小径，系通往蒜山西北麓、玉山附近西津古渡的交通要道。从地理位置、历史记载和舆图等方面详加考证，蒜山、云台山应是两座山。     

Hill方程稳定性的一个判别式

讨论Hill方程的稳定性问题 ,给出了方程的判别式的大小的一个估计 ,并给出判定方程稳定性简洁而实用的一个判别式 .     

Hill加密算法的改进

为防止通信过程中信息泄露,确保网络信息传输安全,常对信息进行加密.基于国内外加密技术存在完善空间,运用矩阵及其张量积的技巧,对Hill加密算法进行了改进,并进一步研究基于张量积合成加密矩阵的构造问题,提出了Hill加密算法的2个改进方案,并运用实例进行了加密实践,使之具有数字签名功能,提高了信息在传输过程中的完整性与安全性.     

基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟

为了准确确定作用于桨叶和塔体的风荷载,研究了基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟问题.依据随机过程的随机函数描述,提出了基于物理机制的旋转Fourier互谱,有效地考虑了桨叶旋转效应和桨叶上不同点风速之间的相关性.然后,对旋转Fourier谱(随机Fourier谱)作逆Fourier变换,实现了桨叶(塔体)的风场模拟.最后,结合典型的1.25 MW三桨叶变桨距风力发电高塔系统,进行了纵向风速场数值仿真研究.算例表明,该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电高塔系统脉动风速时程.     

角度风作用下输电塔塔腿子结构风荷载风洞试验

完成了不同风速下2个典型特高压直流（UHVDC）输电塔角钢及钢管塔腿模型的高频测力天平（HFFB）风洞试验,研究了塔腿在斜风作用下气动力系数、角度风系数以及风荷载分配系数的分布规律,并与各国规范计算值进行了对比分析。分别构造了角度风系数以及考虑横向升力影响的夹角α的非线性函数形式,并通过试验值拟合分析确定了相关的拟合参数。结果表明：阻力系数、合力系数以及角度风系数均呈M型分布。角钢塔腿气动力系数均大于对应风向角下钢管塔腿的气动力系数,而两者角度风系数总体比较接近。各国规范计算值整体上低估了塔腿的角度风系数。角钢塔腿中风荷载分配系数的计算应利用考虑横向升力的夹角α对角度风系数进行三角变换。提出的拟合公式可为工程设计提供参考。     

一类Hill型估计量的收敛性

给出了极值指数为负时的一类新的Hill型估计量，并证明了它的相合性及渐近正态性．