台风“梅花”近地风剖面变化研究

基于10、20、30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,主要研究了平均风速、湍流度和阵风因子随高度的变化规律.结果表明,通过公式计算得到的边界层高度随平均风速的增大而增大,平均值为2 063m,远远大于我国规范(GB50009—2001,2002)规定的B类地貌下的边界层高度(350m).当平均风速较大时,大气稳定度参数z/L随平均风速变化较小,基本在区间[-0.1,0.1]内波动,此时大气近似趋于中性.指数率、对数率和Deaves-Harris模型与平均风速实测剖面均吻合较好.参考ASCE7-10中湍流度剖面的表达形式,通过拟合得到了纵向、横向和竖向湍流度随高度变化的经验表达式.另外,对实测阵风因子随高度的变化进行了拟合,拟合结果可以为今后工程设计提供参考.     

青草背长江大桥桥位风速脉动特性实测分析

为研究山区风场近地层风速的脉动特性,利用安装在青草背长江大桥上的高频风速仪对桥址处风场进行为期8个月的全程监控.根据实测风速序列分析了在桥址处平均风速、风向、湍流强度、阵风因子和功率谱的统计特征,并针对山区风阵风因子随湍流强度变化关系以及不同计算时距条件下阵风因子的换算关系进行了探讨.研究结果表明:受局部热力环流的影响,桥址风场具有明显周期性变化特征;高风速下顺风向湍流强度及竖向风速相对湍流强度大于桥梁抗风设计规范建议值,而横风向相对脉动强度则比桥梁抗风规范值小;阵风因子随阵风计算时距的变换规律可以用对数高斯函数加以描述;山区复杂地形、地貌导致风速中湍流成分发育更为充分,湍流高频能量相对较大,脉动风速谱在高频段比规范推荐风谱大,低频段比规范推荐谱小.     

六旋翼无人机测风系统实测海岛地区风剖面

研制了搭载超声风速仪的六旋翼无人机测风系统,对热带海岛地区近海岸、农业温室基地以及密集建筑群等典型地貌开展风场实测. 结果表明：地面粗糙度指数、摩擦速度和地面粗糙度长度均随场地粗糙度增大而提高. 近海岸风剖面可采用指数律或对数律模型,与我国规范A类、欧洲规范Ⅰ类地貌值均吻合较好,湍流强度明显小于现有规范值;温室基地风剖面符合指数律模型,风剖面和湍流强度与日本规范Ⅲ类地貌值吻合较好;密集建筑群风剖面符合指数律模型,且与美国规范B类地貌值吻合较好,湍流强度与日本规范Ⅳ类地貌值吻合较好. 该研究验证了无人机测风的可靠性,为海岛地区工程结构的抗风设计奠定基础,也为复杂地貌的风场观测、风环境评估与风能资源利用提供了新方法.     

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.     

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Symbol|A@0～3Symbol|A@ 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0.17,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。     

环境参数对风电齿轮箱传动系统疲劳损伤的影响

在风电机组全寿命周期内,长期风速概率分布会使风电齿轮箱传动系统动载荷出现随机特性,影响其疲劳损伤预估精度。笔者提出了一种考虑长期风速概率分布特征的风电齿轮箱传动系统疲劳损伤预估方法,通过建立大功率海上风电机组OpenFAST-SIMPACK联合仿真模型,计算不同平均风速与湍流强度组合工况下的风电齿轮箱传动系统齿轮短期疲劳损伤,进而采用代理模型技术重构“平均风速、湍流强度-短期疲劳损伤”映射关系,预测齿轮长期疲劳损伤。研究结果表明：风电齿轮箱传动系统低速级太阳轮容易发生接触疲劳失效;在额定风速以下,低速级太阳轮短期疲劳损伤与平均风速呈正相关,在额定风速附近,平均风速与湍流强度的随机特性均会增大其长期疲劳损伤不确定性,增大其疲劳失效风险。     

不同气候下海峡两岸建筑抗风标准之基本风速比较

为明确闽台两地基本风速的合理取值,以台北市某气象站1961-2015年的实测风速数据为研究对象,基于两岸现行建筑结构抗风标准,分别选用年最大风速法和台风风速法取样,采用极值I型分布模型,对不同气候模式下的基本风速进行了比较研究.结果表明:对于相同的风速观测数据,根据台湾建筑抗风标准TB2015获得的极值风速略小于现行建筑抗风标准GB50009获得的极值风速(福建),而基本风速正好相反,但是两者之间的差别均很小;台风气候模式下的极值风速/基本风速预测值要大于混合气候模式下的对应值,且与实测极值/基本风速最为接近,误差均小于0.5％;对于受台风影响严重的海峡两岸地区,建议采用以台风风速法取样的台风气候模式下的基本风速.     

基于流体运动仿真的不同林冠形状抗风强度分析

【目的】研究强风力扰动下不同林冠形状的森林内部风场分布情况,为防风林营造与种植过程中树种的选择提供理论依据。【方法】 首先建立3种不同冠形林分模型(其中冠部为多孔介质模型),并根据冠形对应树种的消光系数确定多孔介质的孔隙率与叶面积指数(leaf area index, LAI)的关系; 然后以k-ε湍流模型为基础,在动量方程中添加源项,建立三维树冠流计算模型,计算3种冠形在强风力下林分内部各处风速、风压与湍流动能强度。【结果】 圆锥形林冠林内风速最小值(0.047 m/s)与圆台形林冠林内风速最小值(0.076 m/s)相差0.029 m/s。椭球形林冠林内风速最小值为0.940 m/s,且波动大于其他冠形。圆锥形林冠林内压差与湍流动能强度均最小,分别为30.22 Pa和0.17%。椭球形林冠林内压差最大,压差均值为62.14 Pa。圆台形林冠林内湍流强度最大,最大值为25.19%。【结论】 结合湍流动能强度对树木抗风安全性的影响,以及风速的降低和压差减少作用,在构建防风林体系时,应选择与圆锥形林冠特点相似树冠的树种,使得防风林的抗风效果更强。     

基于实测数据的西北地区风电场风场及尾流特性分析

基于西北地区某风电场2015—2016年的风速风向实测数据,分析了风电场风塔的尾流特性,并与现有风力机尾流模型进行了对比分析.在此基础上,对在远尾流场作用下的风速风向、湍流强度、湍流积分尺度、概率密度分布等风场特性进行了详细分析.研究结果表明:现有的Jensen模型、Park-Gauss模型与实际工程中多个尾流作用下的风电场尾流特性存在差异.在多风向多尾流叠加作用下,当风速大于10 m/s时,各风塔湍流强度随着平均风速的增长呈增大趋势,风电场内部风塔湍流强度在低湍流段更加集中,外围风塔湍流强度随平均风速的增大速率略快于内部风塔,而湍流积分尺度随平均风速的增大程度总体慢于内部风塔,且外围风塔实测风速更加接近高斯分布.     

热带低压影响下平潭海峡公铁两用大桥桥址处风雨特征分析

基于在平潭海峡公铁两用大桥桥址处建立的风雨监测系统,对2018-08某热带低压条件下的风雨特征进行研究。研究结果表明:在降雨过程中,1 min平均风速变化较强烈,降雨后,平均风速较低;湍流强度在降雨过程中比降雨前显著增强;湍流积分尺度在降雨过程中离散度较大,均值与降雨前差别不大;湍流强度和湍流积分尺度与降雨强度、平均粒子直径的相关性不明显,但在平均粒子直径1 mm附近,湍流强度和湍流积分尺度都出现极值;在降雨过程中,实测的各分量脉动风速功率谱与经验谱间在高频段存在一定差异,实测谱在高频段高于经验谱。     

风速梯度对风力机设计影响的理论分析

根据风速指数规律分布,采用三种计算过程,对风轮扫掠面积上的真实风功率做了定量计算.数值积分计算结果表明,在四类廓线指数、七种塔架高度情况下,风速梯度对气动设计影响甚微,采用风轮中心风速做为单一的设计风速是切实可行的.     

高山上的风速风压随高度变化规律初探

在海拔８００米高山上的１２０米高的电视塔上用风怀式电接风向风速仪实测得不同高度风速变化的数据，探索了高山上风速、风压随高度变化的规律，并提出不同高度风压计算公式．     

Perspectives of China’s Wind Energy Development

Wind energy is a kind of clean renewable energy, which is also relatively mature in technology, with largescale development conditions and prospect for the commercialization. The development of wind energy is a systematic project, involving policy, law, technology, economy, society, environment, education and other aspects. The relationship among all the aspects should be well treated and coordinated. This paper has discussed the following relationships which should be well coordinated： relationship between wind resources and wind energy development, relationship between the wind turbine generator system and the components, relationship between wind energy technology and wind energy industry, relationship between off-grid wind power and grid-connected wind power, relationship between wind farm and the power grid, relationship between onshore wind power and offshore wind power, relationship between wind energy and other energies, relationship between technology introduction and self-innovation, relationship among foreign-funded, joint ventured and domestic-funded enterprises and relationship between the government guidance and the market regulation, as well as giving out some suggestions.     

汕头粤东信息大厦风荷载特性的试验研究

结合汕头粤东信息大厦的风洞试验 ,详细分析了该结构风敏感层面的风荷载特性 ,分析比较了临近结构物的干扰影响 .所得的结论对于结构抗风设计和风洞试验设计都有一定的参考价值 .     

含风电的电力系统动态频率分析

研究了风电接入某实际电力系统对系统动态频率产生的影响。通过建立直驱式永磁同步风电机组动态模型和含风电的实际电力系统模型,对含风电的电力系统动态频率进行了仿真分析。研究了风速扰动对系统动态频率的影响、风电渗透率上升对系统频率调节能力的影响以及风机脱网故障对系统动态频率的影响。在风机增加了基于虚拟惯性的频率控制系统,研究了具有调频系统的风电机组对系统动态频率的影响。研究结果表明大规模风电场的风速扰动将导致系统频率出现显著波动;随着系统风电渗透率的增加,系统的调频能力将明显下降;风电场在故障下的风机脱网事故将对系统动态频率造成严重影响。增加频率控制系统使风电机组具备了一定的调频能力,有效地抑制了扰动情况下的系统频率波动。     

江西风能资源分析

本文根据江西,常澳辏ǎ保梗担～1980)气象资料,分析了江西风的分布特征和风能资源,分析指出:江西属季变型风向,冬季盛行偏北风;夏季盛行偏南风;年盛行风向为偏北风,因此全省绝大多数城市的工厂和居民区应分别设在东、西两侧,以便减轻和避免城市污染。分析还指出:江西年均风速、风压和有效风能密度,都以鄱阳湖盆地区最大;河各地区次之;丘陵地区最小,所以鄱阳湖沿岸各县,以及庐山、井冈山和南城等是风能资源可开发利用区。     

风轮机特性的模拟

分析了风轮机运行特性及其最佳风能利用原理,推导了风能利用系数、风轮机输出转矩的近似表达式,验证了采用直流电机的输出特性模拟风轮机的输出功率曲线的可行性,并给出了模拟系统的硬件结构.经过实验,该系统能够近似模拟风轮机的转矩一转速输出特性,为在实验室条件下进行风力发电系统的研究提供了一个实用的方法.     

大风对新疆沙尘暴的影响

选取1961-1999年新疆90个气象观测站的气表-1资料,对比分析了沙尘暴及大风的时空分布特征,探讨大风对沙尘暴发生的贡献及沙尘暴发生时的最多风向和最低风速指标。分析发现,新疆沙尘暴与大风的地理分布刚好相反,沙尘暴多的地区大风较少,但有着基本一致的气候变化趋势。大风对沙尘暴的贡献北疆大于南疆。沙尘暴发生时的最多风向明显指示出引发沙尘暴的天气系统来向。引起沙尘暴的最低风速指标,北疆及东疆超过10m/s,南疆的吐鄯托盆地和焉耆盆地为10m/s,塔里木盆地为6～8m/s,盆地南缘只有6m/s.     

流花4-1油田海域近海面风场特性分析

为了解决海洋强风场特性研究中实测数据不足的问题,在我国南海流花4-1油田一座半潜式平台上,开展了近海面风场特性的实测研究工作.对2011-09-22实测数据开展了分析,获得了南海近海面风场的湍流强度、阵风因子和湍流积分尺度等强风特性参数;同时开展了脉动风功率谱的拟合研究工作,将实测谱与Davenport谱、von Karman谱和Kaimal谱进行比较,证明了von Karman谱在近海面强风环境中拟合结果较优.     

世博轴索膜结构屋面风效应的监测分析

为深入研究体型复杂的索膜结构屋面在真实环境中的风压分布和风振特性,对世博轴索膜结构屋面开展了为期两年的风效应监测.通过分析2011年7月一次大风过程的监测数据,得到索膜结构屋面所处的风环境和风压分布特性,并将实测结果和风洞试验数据进行比较.分析结果表明:世博轴屋面来流风一侧以负风压为主,另一侧以正风压为主;来流风一侧边缘的脉动风压最大,另一侧的脉动风压较小;平均风压系数和脉动风压系数随屋面高度由高到低逐渐变小;随着风速的增大,平均风压系数基本保持不变;风压系数实测值略小于风洞试验值,两者分布趋势基本一致.