近地强台风特性分析方法对比研究

利用复杂地形1110组10min时距实测强台风记录,分别采用非平稳风速模型及平稳风速模型进行了脉动风特性参数分析,并与1h时距的计算结果进行了比较。着重讨论了非平稳风速模型是否适用于10min时距的强台风特性分析、如何选择合适的时变平均风及基于1h时距和10min时距分析所得风特性的区别。结果表明,采用非平稳风速模型计算时,时变平均风的振动周期不应小于分析时距的一半,两种时距下非平稳风速模型得到的风速特性的变化特征基本一致。     

台风湍流积分尺度与脉动风速谱——基于实测数据的分析

基于4个台风过程中的长时间序列风速、风方向观测数据，分析研究了近地台风的湍流积分尺度和脉动风速谱等脉动特性。介绍了湍流积分尺度的几种常见的计算方法，基于实测台风数据，分析研究了台风过程中湍流积分尺度的变化以及不同计算方法的稳定性。根据实测数据计算了纵向脉动风速谱，并与Von-Karman谱、Davenport谱、Simiu谱和Harris谱等经验谱进行了比较，给出了最适合描述台风纵向脉动风速谱的经验谱。还计算了横向脉动风速功率谱，并与基于各向同性湍流理论推导出的水平横向脉动风速谱进行了对比。     

尖山地区复杂地形下的风场模拟

为了得到河南省新密市尖山"真型输电线路"实验基地所在复杂地形下的风场特征:平均风与脉动风特性,本文采用计算流体动力学的方法对尖山"真型输电线路"实验基地所在区域的风场进行数值模拟。数值模拟研究结果表明:平均风速剖面并不符合规范设计的对数和指数风剖面,而是近地面局地"速度加大(speed-up)"现象显著体现,同一高度风速会大于设计风剖面;进一步,平均风向、湍流强度、湍流积分尺度以及Reynolds应力剖面都很好地体现了局地地形的影响作用,其中风向是由于"风向影响(twist-effect)"机制影响。最后,通过分析脉动风速谱随风向的变化规律,得到适合尖山地区风速谱特征。     

台风“海鸥”的风场实测与输电塔风振响应分析北大核心CSCD

为研究强风作用下输电塔风振动力响应的规律,选择代表性地貌下的典型输电塔进行监测,得到了台风"海鸥"经过时,多点边界层风特性的实测结果以及风致输电塔振动的真实动力响应。基于风速数据,着重分析了空间风场特性的各项参数,包括平均风速和风向、风剖面参数、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱。采集了输电塔横担和塔头塔身连接处振动加速度响应。分析了杆件薄弱部位的风振动应变响应,对杆塔在台风作用下的安全性进行了评估。为输电塔抗台风设计改进提供重要的实测数据支持。     

中信广场风场特性及风致结构振动的同步监测

通过对广州中信广场在台风“达维”作用下其风场与风致结构振动的现场同步监测，获得了台风风场和结构动力特性，及风致结构振动响应等相关结果。通过对现场测试数据的分析，验证了湍流强度随平均风速增大而减小和阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，实测的脉动风速谱与von Karman谱亦很吻合。同时通过对中信广场加速度响应与平均风速关系分析得出，该高层建筑物的顶部风速即使处于低中风速范围时，其横风向响应已接近于顺风向响应。根据实测风振加速度数据，对结构动力特性（频率及阻尼比）进行了识别，采用随机减量方法求得了结构在两个主轴方向第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。     

台风“海鸥”的风场实测与输电塔风振响应分析

为研究强风作用下输电塔风振动力响应的规律,选择代表性地貌下的典型输电塔进行监测,得到了台风"海鸥"经过时,多点边界层风特性的实测结果以及风致输电塔振动的真实动力响应。基于风速数据,着重分析了空间风场特性的各项参数,包括平均风速和风向、风剖面参数、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱。采集了输电塔横担和塔头塔身连接处振动加速度响应。分析了杆件薄弱部位的风振动应变响应,对杆塔在台风作用下的安全性进行了评估。为输电塔抗台风设计改进提供重要的实测数据支持。     

武汉阳逻长江公路大桥设计风速值的研究

利用武汉市气象站1961～1999年的风的基本资料，分析了桥位周边平均风速、最大风速、大风日数、最多风向及频率、各风向平均风速及频率、历年的极值风速及大风危害等风的基本特征；建立了武汉市气象站1961～1995年的逐年最大风速序列(其中1989～1995年的逐年最大风速，通过与未受城市化影响的黄陂气象站的比较而进行了合理的订正)。根据建筑设计规范采用极值I型曲线，并用两种参数估计方案。推算出武汉市气象站不同重现期(100，50，30a)10m高处10min平均年最大风速(基本风速)分别为19．4m／s，18．4m／s和17．8m／s。采用比值法求出，从气象站到大桥江边最大风速的增大系数为1．54，从而得到桥位区不同重现期(100，50，30a)10m高处10min平均年最大风速(设计风速)分别为29．9m／s、28．3m／s和27．4m／s。最后分析了大风在146m高度内的变化特征，并采用指数和对数法将设计风速外推到200m以下每10m高度层，可供设计、施工及将来维护参考。     

定日镜的风压分布与脉动特性

定日镜结构的形体特殊,不同于普通的建筑结构.采用表面测压技术对定日镜模型进行了三维风荷载风洞试验,得到了各测点风向角0°～180°范围内,竖向角为0°～90°情况下,镜面平均风压和脉动风压的分布,重点探讨了镜面脉动风压特性.研究结果表明脉动风荷载功率谱变化受湍流风速和旋涡脱落的影响,并与斯托哈罗数有关;镜面正反两侧脉动风压主要呈正相关特性,在顺风向情况下相关系数较小,横风向情况下相关系数较大;风向角及竖向转角较小时,脉动风压更好地符合高斯分布.     

福建沿海大风状态下不同历时风速的关系

为全面了解福建沿海地区不同地形条件、大风状态下不同历时风速的关系,为结构工程设计风速提供依据,以福建沿海地区107个区域自动气象站2008-2011年4 a的逐日逐时2 min平均风速、10 min平均风速、最大风速、极大风速为样本,分析了大风状态下(风速≥17.2 m/s),不同地形条件下(海上、海岛、近海、偏内陆)4种时距风速的关系,并研究了其在热带气旋影响期的关系,最终给出了3种时距风速比值订正系数的建议值,即阵风系数从海上-海岛-近海-偏内陆依次建议取值1.2,1.4,1.5,1.7;极大风速与2 min平均风速比值,由海上至内陆依次为1.4,1.5,1.7,2.0;2 min平均风速与同步的10分钟平均风速比值,从海上至内陆相差不大,比值均在1.0左右。     

基于SHMS的润扬悬索桥桥址区北风特性的研究

气象研究表明,作用在润扬悬索桥上的强风荷载主要是夏季台风和冬季偏北大风。运营近三年来,润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)中的风速仪记录了经过该桥址区的大量强风样本。本文通过对北京时间2007-03-10 T13:00～2007-03-10 T16:00期间的实测强北风风速风向数据的分析,得到了该时段的风速和风向、紊流强度、紊流积分尺度、紊流功率谱密度函数等强风特性。结果表明,桥址区实测北风风速风向较稳定;顺风向紊流功率谱密度函数与Kaimal谱吻合较好;紊流强度较规范偏高。     

矩形高层建筑风力特性风洞试验研究

在大气边界层风洞试验室中模拟出B、C、D三类地貌,对不同厚宽比、高宽比的矩形截面高层建筑模型进行了同步测压试验,研究了厚宽比、高宽比和地貌类型等因素对矩形截面高层建筑风力特性的影响规律。结果表明:随着厚宽比增大,顺风向平均风力先增大后减小,脉动风力逐渐减小,横风向脉动风力逐渐增大,扭转向脉动风力先减小后增大,层脉动升力和脉动扭矩功率谱峰值变小,谱峰带宽增加,横-扭相关性减弱;随着高宽比增大,顺风向平均风力增大,高宽比对脉动风力特性影响较小;地貌类型从B至D,顺风向平均风力减小,脉动风力增大,横风向脉动风力整体上变化较小,扭转向脉动风力在D类地貌下明显比B、C类地貌大,层脉动升力和脉动扭矩功率谱B类地貌下有明显的窄带尖峰,横-扭相关性明显高于C、D类地貌。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。     

强风环境非平稳风速模型及应用

提出了强风环境非平稳风速分析模型。该模型将风速记录分解为时变平均风和零均值平稳脉动风分量两部分,给出了经验模型法确定时变平均风的步骤并重新定义了风特性参数的计算公式。分别采用非平稳和平稳风速模型进行了1 851小时实测强风资料的风特性参数计算并做了对比分析。结果显示非平稳模型计算得到的紊流强度和积分尺度较平稳模型小,而平均风速及相干函数的衰减系数则相当接近,非平稳模型较平稳模型更适合描述强风特性。     

风速风向联合概率密度分布的一种经验函数模型

对风速与风向边缘分布采用统一的极值概型描述,提出了一种可适用于多峰极值以及总体样本的风速风向联合概率分布函数的经验解析表达式。模型包括7个参数,可由实测数据利用非线性最小二乘方法拟合得到。对模型参数拟合时的初值选取方法提出了建议,并对典型的风向双峰值情况,给出了峰向区间的划分方法;利用双峰总体、双峰极值以及单峰极值3种不同类型的实测数据,检验了模型的适用性。结果表明,该模型可以较好地描述不同类型总体样本或极值样本的风速风向联合概率密度特性,可供风向设计风速的确定、风速评估及场地风能评估等工程问题参考。     

台风“玛莉亚”作用下风场结构特征现场实测研究

研究台风下不同环境风场结构特征变化规律对分析建筑结构的风效应和防灾减灾具有重要的指导意义。本文基于2018年8号台风"玛莉亚"过境时温州实测点A多普勒声雷达及实验楼B屋顶风速仪的风速实测数据,依据对数、指数和D-H模型理论,运用统计学的积差法及假设检验方法进行相关性分析,并对实测点A水平及竖向风剖面曲线进行变化规律探索,分析总结得到如下结论:不同地貌类型下高度相同两个相距6. 21km实测点的水平平均风速及风向线性变化具有高度相关性,风速越大、时段越短,则相关性越强;水平方向风剖面拟合曲线在影响期与指数律模型相当接近,在稳定期则趋于D-H模型,风剖面拟合粗糙度指数a随水平平均风速的增加而减小;由风廓线样本计算获得的边界层高度平均值为1 421 m,较荷载规范取值及良态风计算值分别增大3. 06倍、1. 78倍;相对水平方向,竖直方向平均速度变化激烈,竖向风廓线指数律拟合指数随竖向平均速度的增加而增大。     

复杂山区地形滑雪场区域风环境数值模拟

以黑龙江省亚布力滑雪场为工程背景,根据地形高程数据对复杂地形进行数字化建模,选取12个不同来流风向,采用基于地形过渡段及粗糙度壁面函数法的CFD(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟对滑雪场的赛道与索道区域进行了风环境分析。结果表明：数值模拟结果与现场实测的偏差基本在20%以内,CFD数值模拟方法具有一定的准确性;来流风向为30°、60°、270°和330°时,滑雪场邻近山体对来流风的阻挡效应较大,赛道处的风速较小;各工况索道观测位置的平均风速放大系数基本大于1(来流风向270°除外);风攻角和风偏角整体受地形地势的影响,风攻角较大的位置出现在索道上站到5#观测点之间,风偏角变化较大的位置出现在索道上站到3#观测点之间。研究结论可以为滑雪项目赛训和索道安全运行提出建议。     

基于台风风场经验模型的海面风场数值模拟

为估算经过海面时摩擦力对台风风场造成的影响,引入了适用于从低风速到高风速计算的关于海面10 m高风速U_(10)的海面拖拽系数C_d的表达式,进一步发展了以Vickery台风风场模型为基础的台风风场经验模型。然后,将利用不同Charnock常数μ计算得到海面拖拽系数C_d随U_(10)的变化情况与实测数据进行了对比。最后,将台风风场经验模型应用于台风"黑格比"期间经过海面时台风风场的数值模拟。将计算得到的台风1 h平均风速与海面观测塔获取的观测数据进行了对比。研究结果表明,基于此海面拖拽系数C_d表达式的台风风场经验模型能对经过海面时的台风风场进行很好的模拟。     

环境风下太阳能PV板对流散热特性实验研究

在实验室条件下,通过建立环境风道,采用电加热的方式,对PV板在环境风下的对流散热损失进行实验研究。考察倾角a、风向角θ、风速V以及热流密度q对PV板表面对流散热特性的影响,得到了不同条件下PV板表面平均对流热损失努谢尔特数Nu的变化规律。结果表明,在任意风向角下,当风速较小时,Nu对PV板倾角变化并不敏感,但是随着风速的增大,倾角对Nu的影响不断增大。当PV板在背风侧时,Nu随着倾角的增大有一个迅速减小的过程;此外,以风速1 m/s为转折点,低风速下Nu随风速的变化规律与高风速下明显不同。     

湖区桥塔塔顶表面风压的数值模拟

以洞庭湖大桥桥塔(主塔)为研究对象,基于Fluent软件平台,模拟了主塔塔顶表面的风压分布。采用3种不同的湍流模型对主塔塔顶进行数值模拟,并将模拟结果与实测试验结果进行了对比。选取合理的湍流模型;并探讨了不同风速及不同风向角对主塔塔顶表面风压分布的影响。结果表明,3种模型模拟的结果均与实测试验结果变化趋势一致,而Realizable k-ε模型的模拟结果更接近于实测试验结果;不同风速对主塔塔顶迎风面及侧面风压系数影响较小,而对其背风面风压系数有较明显影响;不同风向角对主塔塔顶风压系数影响显著,尤其是对其拐角处。研究结论可供湖区复杂高耸结构的抗风设计参考。     

山区桥址风场特性研究综述

首先对采用风洞试验、数值模拟、现场实测3种方法研究山区风场特性的研究进展进行了梳理和总结,对比了各种方法的相对优缺点;然后从平均风特性和脉动风特性两方面对比分析了山区风场区别于平原地区风场特性。山区风场特性相对更为复杂,变异性更强,呈现更明显的非高斯和非平稳特性,山区地表粗糙度类别不能简单地分为四类,山区风攻角、风速谱、风速剖面分布规律明显不同于平原地区;在高山峡谷间风场既存在明显加速效应,也存在阻挡效应,使得桥梁抗风设计更为困难。总结了山区桥址处设计风速的几种取值方法,为今后山区桥址抗风设计提供参考。最后对山区桥址风场特性的研究现状进行了总结,对研究前景进行了展望。