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.     

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。     

随机风场空间相干性研究

提出了一种描述随机风场空间相干特性的相位差谱模型,可用于大范围随机风场模拟.经典理论中一般采用相干函数来描述空间风场相干特性.研究发现,相干函数只是二阶数值特征,远不能描述两点脉动风速相干特性的丰富概率信息.研究表明,Fourier相位差谱可以对脉动风速时程的相干特性进行全面的描述.基于对影响相位差主要因素的分析,提出了相位差谱的基本模型.通过与实测相位差谱的比较,验证了所提模型的合理性与适用性.应用该模型进行了风场模拟,效果良好.     

基于随机森林算法的风场预报

利用随机森林算法,基于历史地面实况观测数据,构建随机森林1～6 h风场预报模型,并用2018年的地面实况观测数据对预报模型进行检验分析.结果 表明,随机森林算法在风场预报中有较好的泛化能力,对地面10m风场有较好的预报水平,在1～6 h的预报中,预报风场与实况风场比较接近,各预报时效风速的年平均绝对误差为1.0 m/s...     

基于多维AR模型的桥梁随机风场模拟

基于自然风特性,通过考虑结构节点间风速时程的空间相关性,采用多维AR模型模拟主梁和桥墩节点随机脉动风速时程,利用FPE准则和AIC准则确定模型阶数,并对模拟过程中的自回归顺序、功率谱密度等问题进行研究.对兰新二线铁路白杨河大桥采用多维AR模型模拟各节点的脉动风速时程,结果表明:当AR模型阶数为4时,模拟功率谱与目标功率谱吻合较好;当自回归顺序颠倒时,模拟功率谱明显偏离目标功率谱.     

北京地区地面风场的数值模拟研究

利用区域大气模拟系统RAMS(RegionalAtmosphericModellingSystem),对北京地区2002年7月8～10日的地面风场进行了模拟,并将结果与同期的实际地面风场进行了对比。对比结果表明,结合高分辨率地表植被类型资料与地形资料,RAMS模式可以很好地再现北京地区地面风场的时空变化特征。     

两类建筑结构脉动风场的数值模拟

基于随机模拟理论的谱解法以及快速傅里叶变换（FFT）技术,运用MATLAB语言编程模拟两类典型结构物周围的脉动风场,并给出部分节点的脉动风速时程曲线.模拟的过程中考虑结构不同点的空间相关性,并采用多种方法验证本程序和数值模拟结果的正确性.FFT技术能大大提高程序运算速度,而传统的谱解法又能保证模拟的精度,使得脉动风速的数值模拟结果能满足工程分析的需要.     

随机Fourier谱风场仿真算法的验证

在随机Fourier谱风场仿真算法的基础上,进一步考察随机仿真风速场能否体现给定风环境的随机特性.这一考察建立在仿真风场与目标风场之间的随机Fourier谱和随机相干函数的均值谱、标准差谱的对比之上.实例分析表明,随机风场数值仿真算法可以准确地反映风场的随机性.     

免疫算法与其他随机优化算法的比较分析

详细描述了免疫算法的基本原理、步骤和寻优机理，以及抗体的抑制和促进、记忆单元更新、亲和性计算等特点。阐述了免疫算法抗原、抗体与实际问题的映射关系。用其他随机优化算法(模拟退火算法、遗传算法、进化规划等)与免疫算法进行了比较研究，给出了他们的异同点、免疫算法的优点等。利用旅行商问题(TSP)、随机优化算法测试函数对免疫算法及其他算法进行了测试分析。实例分析表明，免疫算法是一种收敛速度快、收敛性好的算法。     

加速RRA的随机模拟算法

文章提出"最后所有可能步进的RRA算法(Final All Possible Step RRA,FAPS RRA)".该算法改变了RRA算法的数据收集方式,目的是在不失算法精度的前提下,减少模型的运行次数,有效地提高算法的运行速度.仿真实验结果表明:在相同精度的要求下,FAPS RRA算法比RRA算法的模拟运行速率有显著提高.     

基于随机Fourier谱的风场仿真

研究了由随机Fourier谱生成具有特定场地风荷载统计特性的样本函数的问题．首先对随机风场模型进行了描述，然后利用谐波合成的方法，在对互随机Fourier谱矩阵进行Cholesky分解的基础上，通过一组余弦函数的和对随机脉动风速场进行了模拟．最后，结合一20层平面框架结构纵向风速场的仿真问题进行了数值仿真研究．算例表明，所提算法可以准确地模拟给定场地特性的脉动风速时程．     

高层建筑群风场的数值分析

针对高层建筑物风场和风压力的问题,采用计算流体动力学（CFD）软件对高层建筑物进行模拟,得出了单个建筑物在不同风向下的风场和风压力,并对高层建筑群进行了模拟,将其分布规律与单个建筑物进行了比较,结果表明,风在受到第一个阻碍后的区域里的漩涡分布最强烈,压力梯度最大,是最危险的受力区,在建筑群中,最靠近迎风面的建筑物所受负压最大,且建筑物之间的间距也对风场有很大影响,因此研究结果对于减少高层建筑物中大尺度的漩涡脱离区,以及降低室内噪声具有指导价值,同时也显示了CFD技术强大的分析能力及其在工程应用领域中的广阔前景。／     

随机风场下紧凑型线路非同期摇摆仿真分析

基于FLUENT软件分析了迎风相导线对背风相导线的风压屏蔽作用,获得了迎风相和背风相导线各子导线的风阻系数。利用ABAQUS建立了500 kV紧凑型线路的单档有限元模型,模拟了随机风场下导线的非同期摇摆过程,研究了紧凑型线路的非同期摇摆特性及相间最小距离。研究结果表明,水平布置的两相导线易在非同期摇摆时出现相间距离过小问题,且相间最小距离主要出现在导线弧垂最低点附近。根据研究结果提出了基于相间间隔棒的不同布置及相间-相地间隔棒混合布置的紧凑型线路非同期摇摆防治措施,并对提出的各方案进行了防治效果评估,给出了紧凑型线路风偏/非同期摇摆防治建议。     

基于小波方法的随机脉动风模拟

根据小波的多分辨率分析性质,利用小波重构算法,采用正交小波基对脉动风速进行模拟.选取适当的小波基,假定最粗糙尺度上的尺度系数(即原始信号在最粗糙尺度上的近似),基于线性估计原理,由其线性组合估计同一尺度上的小波系数(即原始信号在该尺度上的细节内容),利用逆小波变换反复迭代计算,就可以得到原始信号在最精确尺度上的近似.根据这一思路,模拟了与Kaimal谱一致的苏通桥某点的纵向脉动风速,验证了小波方法模拟随机风场的有效性.     

有限风区内波浪数值模拟研究

【目的】研究港内波高分布特征及有限风区内风作用对波高的影响。【方法】以某码头工程为例,结合MIKE 21BW波浪模块及小区风成浪计算公式对港内波高进行计算,并对计算结果进行分析。【结果】计算组合中,W向、WSW向风作用下,港池西侧斜边岸线及西侧岸线前沿水域受岸线遮蔽的影响,波高相对较低,而湾底及东侧岸线前沿受外海入射波影响较大,波高相对较大。风作用对港内波高有一定的影响,W向风作用下,风浪对湾底岸线及东侧岸线前沿各观测点波高的贡献分别为9%~15%及12%~15%,WSW向风作用下分别为13%~35%及16%~41%。【结论】风作用对有限风区内波高的影响不容忽视。     

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.