粗糙元特征对风洞中大气表面层模拟的影响

采用不同尺度、不同铺设密度的二维正方形粗糙元,在环境风洞中对大气表面层进行了模拟.使用粒子图像速度场仪对所模拟的大气表面层风速廓线、湍流强度进行了测量.结果表明:当粗糙元的铺设长度达到实验段入口高度的12倍以上时,依靠自然形成法所模拟的对数风速廓线高度可达实验段高度的60%;空气动力学粗糙度Z0最高可达粗糙元尺度的0.4～0.5倍,且Z0随粗糙元铺设区到测量断面的距离呈指数变化;同一高度上湍流强度随粗糙元铺设间距的增加而减小,当廓线高度达到实验段高度的40%以上时,湍流强度不随粗糙元大小及铺设密度的变化而变化,其大小为12%～13%.实际应用中,在已知所需Z0和摩阻风速U*的情况下,可通过粗糙元尺度及铺设密度的不同组合获得满足要求的大气表面层,并确定实验模型区的位置和实验段的入口风速.     

基于边界层风洞的下击暴流稳态风场特性数值模拟

针对下击暴流稳态风场模拟问题,基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),首先分别采用二维、三维冲击射流模型对下击暴流风场进行数值模拟,对下击暴流风场特性进行研究.在此基础上,根据下击暴流对桥梁结构作用主要受水平风速影响的特点,采用二维数值模拟方法对边界层风洞中设置倾斜平板模拟下击暴流水平风速风场进行了研究.最后,设计并加工了边界层风洞下击暴流水平风速模拟试验装置,在边界层风洞中进行了下击暴流水平风速风场模拟试验,并将数值模拟结果与试验结果和已有文献结果进行了比较.结果表明:下击暴流风场的二维冲击射流模型模拟结果与三维冲击射流模型模拟结果吻合较好,即二维冲击射流模型是一种有效的下击暴流风场简化模拟方法;在边界层风洞中设置倾斜平板所模拟的下击暴流水平风速风场数值模拟结果和风洞试验结果具有较好的一致性,并与冲击射流模型数值模拟结果和现场实测结果均吻合较好,即在边界层风洞中设置倾斜平板可模拟下击暴流水平风速稳态风场特性.     

双基地雷达合成风场仿真与莫兰蒂台风的风场试验

双(多)基地多普勒天气雷达适于构建局域探测网,对于需进行气象保障的局部区域的对流性降水探测尤为重要。利用双(多)基地多普勒雷达网监测其强降水以及风场结构,通过风场反演了解其风场结构,能够更好地认识中小尺度天气的演变机理,改进短临预报。研究了双基地雷达的合成风场反演方法,通过仿真试验,可获得大气的辐合辐散、旋转以及上升或下沉等三维风场特征。借助福建厦门和泉州的两部多普勒天气雷达的实测资料,构成仿真的双基地雷达探测,分析了"莫兰蒂"台风的降水强度与径向风场回波特征,并反演了二维和三维的合成风场。结果表明,双基地雷达的合成风场方法,可以有效地反演台风的二维和三维风场,为监测台风的精细结构和演变提供了丰富信息。     

风场和周边干扰对高层建筑峰值风压的影响

通过风洞测压实验,研究了风场类型及周边干扰对高层建筑峰值风压的影响.研究结果表明:风场类型对高层建筑峰值风压有着较大影响,当高层建筑周边环境不变(有或者无周边干扰)时,绝大多数情况下,不同场地类别的峰值风压系数由大到小依次是B类,C类,D类.周边干扰对高层建筑峰值风压的影响不仅与周边建筑的相对位置有关,还与高层建筑当时所处的风场类型有关,如当南立面为迎风面时,干扰建筑E,F位于南立面斜前方,表现为遮挡效应,绝大多数测点的峰值风压系数均减小,B类场地时其最大减小幅度可达43%,C类场地时可达37%,D类场地时可达46%.     

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。     

高速远程滑坡气垫效应的风洞模拟试验研究

将木质材料制成不同坡度、不同横断面形式的沟谷地形,通过大型风洞模拟试验,测定了地面效应影响下滑体凌空飞行时的空气动力学参数.风洞试验结果表明：沟谷地形对地面效应影响显著.地形圈闭效果越好,地面效应越明显,模型升力系数相对于平坦地形将成倍增加;模型离地高度越小,气垫效应越显著,但对平坦地形影响不明显;各沟谷地形下升阻比曲线变化基本相同,最大值均发生在飞行迎角8°左右.     

多普勒天气雷达风场探测数值模拟

大量的实际探测资料证明,冷暖平流常和大尺度的辐合辐散结合在一起.本文用数值模拟方法,分析了这种复合风场的多普勒径向速度特征,同时分析了雨滴下落速度对这些特征的影响,应用数值模拟得到的散度变化图表,从雷达PPI图像中,可以初步定量分析出各高度的辐合(散)值的大小.     

多普勒天气雷达风场探测数值模拟

大量的实际探测资料证明,冷暖平流常和大尺度的辐合辐散结合在一起。本文用数值模拟方法,分析了这种复合风场的多普勒径向速度特征,同时分析了雨滴下落速度对这些特征的影响,应用数值模拟得到的散度变化图表,从雷达PPI图像中,可以初步定量分析出各高度的辐合(散)值的大小。     

台风风场与B类风场作用下输电塔风效应对比研究

在边界层风洞中开展了台风风场与B类风场条件下某角钢输电塔气弹模型试验,采用谐波合成法模拟了不同高度的风速时程,在时域内进行了输电塔结构风致响应计算,对比研究了两类风场条件下的风致响应与风振系数.研究结果表明:输电塔风致加速度响应随着来流风速的增大而明显增大,台风风场条件下加速度响应更为剧烈,比B类风场条件大约20%～30%;B类风场条件下风振系数为1.59,台风风场条件下达到1.85,总体增幅达到16%;数值模拟结果与风洞试验结果较为吻合.因此,台风多发地区的输电塔设计应考虑台风高湍流引起的动力风荷载增大效应.     

空间结构风场风载的数值模拟

基于计算流体动力学理论的空间结构风场风载数值模拟方法,研究了具有复杂体型的空间结构形体表面及其周围的风场,确定空间结构的风压分布,进而得到结构表面风载体型系数,并与相应风洞模型实验结果比较,结果验证了数值模拟方法的正确性.利用数值方法模拟了当存在阻挡建筑物时目标建筑物周围风场和表面风载体型系数的改变,分析了风场变化的原因,讨论了何种情况下必须考虑阻挡建筑物的影响.又基于结构表面等压线将结构表面划分为结构受风子区块,并以面积加权平均计算得到各子区的风载体型系数,为抗风设计提供了可靠依据.     

台风风场研究及其数值模拟

对近年来台风风场研究及其数值模拟方法作了论述.阐述了浮标和地面台站观测、飞机侦察、雷达卫星高空观测等台风观测手段;阐明了简易参数分析模型、定常动力学模型、非定常动力学模型、运动学模型等台风风场模型;分析了既有风场模型对我国东南、华南沿海海域台风风场模拟的适用性,又论述了基于台风内各站点、基于台风影响区域、台风全路径等极值风速预测研究手段.最后,展望了台风风场数值模拟的发展趋势和需解决的问题.     

重力波波包在水平风场中非线性传播的数值模拟--Ⅰ.水平风场为均匀风场

采用全隐欧拉格式(FICE)对重力波波包在均匀风场中的三维非线性传播进行了数值模拟,给出了波包在三维空间中非线性传播的过程,分析了重力波的传播特性及风场对重力波传播的影响.计算结果表明:波振幅随高度的增加而增长,但比线性条件下的指数增长要慢;波包非线性传播的路径和能量传输速度不同于线性重力波理论给出的结果,非线性效应在顺风场中比在逆风场中更显著;风场会改变重力波传播的路径和速度.     

激波风洞红外测热试验技术研究

介绍了激波风洞上进行的红外测热试验,其主要目的是研究在激波风洞试验中能否应用高速高精度的红外热像仪对模型表面的温度变化进行测量;研究红外热图数据处理方法,以获得模型表面大面积热流分布.试验采用玻璃钢模型,利用最高帧频为750帧/s的红外热像仪进行了测试.结果表明,该热像仪能够有效地测量激波风洞运行过程中模型表面温度的实时变化,从而测得模型表面热流分布.     

本征正交分解法在曲面模型风场重构中的应用

大跨空间结构模型（在风洞试验中）能同步测量的测点常相对有限，需采用有效风场重构技术通过有限点同步测量结果得到全表面风压分布的动态信息．介绍了本征正交分解法在这一问题中的应用，并对基于球面及柱面壳体模型风洞试验得到的风压数据进行了比较验证．结果表明，该方法对曲面模型具有很强的适用性，能够有效地整体把握这类模型表面风压分布规律，可为大跨空间结构抗风时程分析中风荷载分析提供很好的帮助．     

兰州东部地区冬季风场温度场模拟

采用地形追随坐标系下具有 1.5阶精度的三维准静力模式 ,模拟兰州东部地区的风场和温度场 .模式以地转风资料和系留资料为初始输入 ,根据简化的湍流能量闭合方案进行参数化处理 ,运用地表能量平衡方程预报地表温度 ,考虑了地形影响和人工热源作用 .模拟结果与实际观测资料进行对比 ,位温廓线和风速廓线与实际的变化趋势基本一致 ,模拟的地面流场和垂直温度场基本反映出本地区冬季的流场及温度场特征 .模式技巧的统计检验表明该模式的模拟效果较好 .     

偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。     

大跨度悬索桥随机风场的模拟研究

利用改进的线性滤波器法模拟具有空间相关性的脉动风荷载,给出了用该方法模拟脉动风荷载的步骤.利用MATLAB编写了模拟的具体程序,并把程序应用于鼓山大桥脉动风荷载模拟,将模拟值与目标值进行校验.结果表明,模拟的效果较好,可满足工程实际的需要.     

桥梁风场模拟及主塔响应计算

现代大型桥梁的建设,面临的施工环境越来越复杂.其中,山区桥梁的建设,问题显得尤为突出,山区不但地质情况复杂,而且风环境也多样.风荷载常常是桥梁施工中极其重要的荷载,有时还可能成为控制因素.因此,桥梁施工时风场模拟和风荷载计算显得尤为重要.鉴于现在风场实验条件的局限性,也为了节省投资,风场的数值模拟显得十分必要,也是1种更为经济的方式.以马迹塘大桥为例,对其周边的环境进行了风场模拟,得到了其三分力系数.并在假定某一入口风速的情况下,对其施工中主塔的位移进行了计算.     

单多普勒雷达风场反演方法敏感性试验

为了比较3种单多普勒天气雷达风场反演方法(即VAP方法、UW方法、涡度-散度法)的反演效果和适用性,用这3种方法对几种典型的理想风场进行反演和敏感性对比试验,并对造成反演效果差异的原因进行了细致的分析.试验结果表明,这3种方法对均匀风场的反演效果都很好,UW方法的误差最小且计算量较小;3种方法对切变场的反演效果类似,径向速度差值较大的UW方法相似系数却稍大,切变越大时反演误差越大;对于涡旋场3种方法反演效果都不理想,若为径向气流显著而切向气流不显著的涡旋场可以用UW方法来反演.因此,相对而言,可以选用计算量小且相似系数较高的UW方法来反演二维简单风场.而在研究和实际应用中,应该进一步探讨用假设条件更接近实际情况的反演方法来更准确地反演风场.