戈壁地表野外风速脉动特征

【目的】探究戈壁地表野外风场不同高度风速脉动特征,为进一步湍流情况下风蚀研究奠定基础。【方法】2015年春季在新疆卡拉贝利工程区实测了戈壁地表不同高度瞬时风速,利用统计学方法(标准差、曲线估计等)从风速脉动和脉动强度、湍流度,以及三者与风速之间的关系等角度分析戈壁地表风速脉动特征。【结果】不同高度的瞬时风速和风速脉动在时间序列上变化非常复杂,但变化趋势一致。大风时段(0~50 min),风速脉动幅度非常大,最大接近6 m/s,但90%以上集中在|0~3|m/s。风速脉动幅度随风速增强而增大,随距地表高度增加而增大。风速脉动概率分布符合高斯分布。不同高度的风速脉动强度与风速均呈一元线性关系,风速越大,风速脉动强度越大。风速脉动强度最大值2.41 m/s。在距地表0~2 m高度内,湍流度在0.14~0.21之间变化,平均约为017,湍流强度较高,此高度内湍流度与高度、平均风速无明显关系。【结论】戈壁地表风速脉动具有非平稳性,随风速增强而增大,尤其是大风天气下研究风蚀不能忽略风速的脉动性。     

上海环球金融中心大楼顶部良态风风速实测

对结构高度为492 m的上海环球金融中心大楼顶部实测到的良态强风时段下的平均风速和脉动风速数据进行了分析,得到了3 s、10 min以及1 h时距下的平均风速值,并对其进行线性拟合.结果表明,10 min平均风速与3 s平均最大(瞬时最大)风速的比值约为0.876 8.根据实测数据,还分析了湍流度和阵风因子,结果表明,湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小,此外,对比了部分时段内的实测脉动风速功率谱密度与VonKarman谱,两者较为吻合.     

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.     

压力脉动法探究U型还原室内床层流化特性

U型还原室是铁矿悬浮磁化焙烧炉的核心装置,其内部物料流化特性尚不明确.为此,搭建冷态试验系统,采用压力脉动法探讨了初始床层高度、松动风速及物料粒度对流化室内物料流化特性的影响,通过功率谱密度分析了流化机理.结果表明:松动风速和物料粒度是影响初始流化速度的主要因素,而初始床层高度影响不大;流化室内压力脉动随初始床层高度和松动风速增大而减小,随物料粒度增大而增大;功率谱分析揭示了气泡形成、聚并及破碎是导致压力脉动的根本原因.研究结果为悬浮磁化焙烧试验过程中操作参数的设计及优化提供了理论和数据支持.     

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.     

高分子减阻流场湍流结构实验研究

采用二维激光Ｄｏｐｐｌｅ测速仪,研究了聚丙烯酰胺（ＰＡＭ,平均相对分子质量５００万）稀溶液在方形管内减阻流场中脉动流速的时间相关系数变化规律。发现自相关系数随减阻率的增加而增大;在相同流量和聚合物质量分数下,管道横截面处脉动流速的自相关系数随管壁距离的变化而变化;在同一流量下,管中心处轴向和径向脉动流速－时间互相关系数随聚合物质量分数的增加而增大。     

下击暴流作用下不同深宽比的高层建筑风荷载

为研究下击暴流作用下高层建筑的风荷载特性,采用冲击射流装置对5种不同深宽比的高层建筑模型进行测压试验,分析了深宽比和径向距离对模型局部和整体风荷载的影响.结果表明:层阻力系数沿高度方向呈下大上小的分布特征,最大层阻力系数出现在0.25H(H为建筑高度)左右,层脉动升力系数沿高度变化较为平缓;随深宽比的增大,层平均阻力系数略有减小,层脉动升力系数显著增大,模型整体的平均阻力系数和顺风向弯矩系数略有减小,整体的脉动升力系数及横风向弯矩系数明显增大;随径向距离的增大,层平均阻力系数迅速减小,层脉动阻力系数和脉动升力系数先增大后减小,模型整体的平均阻力系数和弯矩系数迅速减小,整体的脉动阻力及升力系数先增大后减小.     

不同导叶高度的旋流器运动时的水力特性研究

为了丰富动边界螺旋流理论,采用理论分析与模型试验相结合的研究方法,对不同导叶高度的旋流器在运动时产生的螺旋流水力特性进行了研究。研究结果表明,测试断面的压强与旋流器上的导叶高度呈正相关,旋流器对后断面水流特性的影响要大于前断面;测试断面下游水流的轴向速度随旋流器上导叶高度的增加而呈现先增大后减小的趋势,径向流速随旋流器上导叶高度的增加而逐渐减小,而周向流速随旋流器上导叶高度的增加呈现先减小后增大的趋势;旋流器上导叶的存在使得管壁附近的轴向流速变大,近壁区的径向流速为负而管道中心的径向流速为正。当旋流器上的导叶高度为15 mm时,测试断面水流的轴向流速最大,周向流速和径向流速变化均最小且其流速分布都较均匀,因此得出导叶高度为15 mm的旋流器的水力性能最优。     

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.     

两并列方形高层建筑局部风压干扰特性

对2个并列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验.根据试验结果,分析了施扰模型高度变化以及相对位置变化对受扰方形高层建筑表面局部风压的影响.结果显示,高度比固定、间距比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面和外侧面均随间距比的增大而减小,间距比等于2时,狭缝面的脉动风压放大较为显著,在前缘棱边的上端角部处为2.2,在迎风面和背风面则随间距比的增大而略有增大.间距比固定、高度比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面、外侧面和背风面均随高度比的增大而增大,狭缝面脉动风压增大最为显著,局部达2.7,在迎风面则受高度比变化的影响较小.     

稳态风场下的沙粒运动规律

风沙运动是风沙地貌以及土壤侵蚀的主要原因,跃移运动是风沙运动的主要形式,跃移沙粒占整个运动沙粒的75%左右,这一运动不仅是沙量传输的主要运动形式,也是造成沙质地表风蚀和风沙灾害的根本原因.通过数值模拟的方式研究了当风沙运动达到稳定状态时的风沙流运动特征,详细讨论了稳态情况下沙粒的跃移运动规律,以期对防沙治沙工作能起到一定的指引.研究结果表明:在不同的初始风速条件下,当风沙运动达到稳定状态时在高度小于10倍的沙粒直径处的风速基本相同,这是由于地表风场被运动沙粒强烈修正,有效粗糙度随着摩阻风速的增加而增加;同时在给定的风场风速下,跃移轨迹和碰撞速度并不是无限增大的,而是存在最大的跃移轨迹和最大的碰撞速度,并且最大碰撞速度以及最大跃移轨迹的高度和长度与摩阻速度成线性关系.     

基于欧拉双流体模型的风沙运动模拟

针对风沙运动的复杂性,基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,利用CFD商业软件Fluent 6.3中的欧拉双流体模型,数值模拟了在不同摩阻风速、不同颗粒粒径下风沙流场随时间的变化情况,给出了风沙流达到稳定状态时所需的时间和给定空间位置上沙粒相体积分数的分布曲线.模拟的主要结果与已有的文献报道相一致,从而说明该模型可以用于风沙颗粒流体体系的动力学特性研究.     

沙粒斜碰的动力特性分析

利用动力学中的碰撞理论，根据沙粒斜碰的简化模型，得到了跃移沙粒与床面上的单个蠕移沙粒碰撞后两碰撞沙粒的速度与角速度的解析表达式。床面沙粒能否被激发离开床面主要与入射沙粒的入射速度的方向、两碰撞沙粒接触的方位角以及床面上沙粒的蠕移速度相关联。即：蠕移速度越大，其沙粒越容易被激发离开床面。对两沙粒碰撞起跳后的跃移运动轨迹给出了定量模拟。     

跃移层中沙粒浓度分布特征的研究

对于不同的沙粒起跳初速度分布函数，利用数值方法模拟了沙粒浓度沿高程的分布规律，发现风沙强度沿高程具有“递增－饱和－衰减”的按层分布的规律，进一步详细研究了影响风沙流结构的主要因素，如风速分布、地表粗糙度、沙粒粒径等对风沙流结构的影响方式和规律。     

二维加糙明渠紊流结构的试验研究

采用丹麦产二维激光流速仪对二维加糙明渠紊流进行了试验,获得了比较全面的紊动结构及阻力资料,并系统地分析了试验成果。着重探讨了二维粗糙床面的理论基面、当量糙率值的确定以及粗糙对时均结构和脉动结构的影响等问题。     

明渠水流速度对自掺气发展影响的试验研究

采用针式掺气浓度仪对有压出口后明渠水流表面自掺气的发展过程进行了详细测量,研究了不同出口流速条件下掺气发展区的掺气浓度分布及其沿程发展变化情况,分析了流速对自掺气发展的影响。试验结果表明：随着出口流速的增大,相同断面处水流平均掺气浓度不断增加,掺气区向渠道底板扩展更加充分;在断面平均掺气浓度相同的条件下,水流速度越大,水体紊动程度越高,气泡向渠道底板方向扩散越明显。结合紊动扩散理论分析,认为流速对明渠自掺气扩散的影响包括提高水流掺气浓度和增大水体紊动扩散系数两个方面。     

风速对海岸风沙流中不同粒径沙粒垂向分布的影响

 选择河北昌黎黄金海岸状态自然、规模高大、形态典型的海岸横向沙脊,野外实地观测不同风速下海岸沙丘表面风沙流中不同粒径组沙粒垂向分布的变化。结果表明,随着风速的增大,海岸横向沙脊表面不同粒径组的沙粒在距地表60 cm高度内输沙量的垂向分布呈现出了不同的变化特点,其中粗沙的总输沙量减少,但中沙和细沙增加,在不同高度层内的变化亦不一致;相对输沙量基本呈现为下层减少、中层增加或基本持平、上层减少的变化特点,但各个变化层位的高度不一;垂向分布模式,粗沙转变为典型负幂函数分布,中沙由负幂函数转变为指数函数,细沙则为典型的指数函数布模式。究其原因,主要应与不同风速气流的携沙极限、随风速增大增加了沙粒的搬运高度以及不同粒径组沙粒的主导运动方式有关。     

The feature of stratification in the blowing sand cloud

The profiles of particle concentration in salta-tion layer versus height are calculated, by the motion equa-tious for a saltating grain in conjunction with different probability distribution functions of the vertical liftoff ve-locities of grains and an empirical expression of wind velocity.The numerical results demonstrated that the stratification phenomenon exists in the particle concentration profiles and showed increasing, saturating and decreasing features, re-spectively, when the probability distribution functions of liftoff velocities adopted in the calculation are similar to a normal distribution or a two-parameter gamma distribution.When the distribution function of lifleff velocities is taken as an exponential form, the profde of particle concentration decreases monotonically. A numerical simulation of mass flux of grains, performed by the model suggested in this paper, is in reasonable accordance with the measured data.     

垂直管内谷物流动特性的测试分析

在垂直管谷物流动实验台及测试系统中。对谷物流场进行测试分析。获得不同粒径谷物颗粒的动力学参数，结合数值分析方法，计算出不同粒径谷物颗粒的流动化开始风速和悬浮速度．运用数字信号处理手段，在不同加载量和风速下。对压力脉动信号的频谱进行分析，讨论了压力脉动信号与谷物加载量的关系．     

流化床烟气脱汞气固两相流动的可视化研究与数值模拟

为了探究流化床烟气脱汞反应器内气固两相的流动过程,通过可视化显形实验对不同主流化风速、床层物料高度、颗粒粒径和活性炭喷口速度下反应器内气固流动的行为和特征进行了研究.通过计算流体动力学方法对气固两相流动过程进行了数值模拟,并与实验进行比较.结果表明,数值模拟具有流动模拟的可靠性.主流化风速增加或颗粒粒径减小,均会加剧气固两相流动的剧烈程度,活性炭喷口气流会造成气固两相的局部湍动,但床层物料高度由于受到壁面与颗粒的摩擦力和内部气泡大小的综合作用,对气固流动行为的影响不显著.