近地面与超高空台风风场不同时距湍流特性对比分析

基于台风“海鸥”、“凤凰”、“蔷薇”和“莫拉克”的近地面风场和台风“凡亚比”、“鲇鱼”和“狮子山”的超高空风场实测资料,进行了近地面和超高空台风风场不同平均时距(3 s、1 min、10 min和60 min)台风湍流特性的对比分析,研究了边界层台风风场的湍流特性及其与平均时距的关系。研究表明：台风风场的平均风速、风向角随平均时距的增加逐渐趋于平稳;1 min和3 s平均时距风参数能较好地反映平均风速、风向角、湍流度和阵风因子尤其是风速较大时的脉动性和变化规律;近地面与超高空台风风场的不同时距平均风速的离散性和平均最大风速之间的比例相差较大;随着平均风速的增大,近地面与超高空台风风场不同时距湍流度和阵风因子的变化规律与离散性相差较大;日本风荷载规范(AIJRLB-2004)公式基本适用于我国沿海超高空台风风场顺风向湍流度的估计;当平均时距小于10min时,随着平均时距的减小,近地面和超高空台风风场的顺风向湍流度均比横风向减小得快;超高空台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值略小于横风向,近地面台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值大幅小于横风向。     

厦门五缘湾两侧风场同步实测试验分析

为探究厦门五缘湾周边区域风场参数分布规律,利用激光雷达开展了该区域两点位12个高度层的实时同步风场测量试验,对比分析了两点位风速、风向、地面粗糙度等参数变化规律,完成了实测粗糙度系数与公路桥梁抗风设计规范值对比工作。分析结果表明:厦门五缘湾两侧区域测点风速变化规律一致,风速值白天大于夜晚,最大风速可达9.23m·s-1;风向受地形变化影响较大,两测点风向因地形差异而关联性较弱;风速稳定的条件下,地面粗糙度α值随风速增加而增加;测点α值均小于规范值,高层建筑风荷载设计取值更加保守。     

石家庄暴雪的天气学分型

利用石家庄气象站近58年(1955—2012年)地面降雪观测资料,通过普查近58年期间出现的22次暴雪天气过程,归纳出该地区暴雪天气概念模型,并统计回流降雪预报指标。结果表明:1近地面维持偏东风和中低层出现西南风是石家庄暴雪天气的最主要环流特征;2石家庄暴雪的天气概念模型主要有高压—倒槽型、高压底部型、低涡冷锋型3种,其中高压-倒槽型是当地出现暴雪的主要天气类型;3高压—倒槽型属典型的回流形势,其特点是当地东北方为高压场,西南方为低压倒槽,高低气压差带来偏东风,在高空西南气流的配合下,高低海平面气压场的气压差≥4hPa,可做为预报降雪的重要预报指标。     

深圳平安国际金融大厦风致响应大涡模拟分析

运用一种新的湍流脉动流场产生方法模拟了三种风场的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟的亚格子模型,基于Linux系统下软件平台Fluent 6.3的并行计算技术,对深圳平安国际金融大厦进行了全尺寸、高雷诺数（高达10×10⁸量级）的数值风洞模拟。计算了三种风场下建筑表面平均、脉动风压及风荷载时程数据。利用惯性风荷载（IWL）法得到三种风场下深圳平安金融大厦的基底等效静风荷载以及结构顶部峰值加速度响应。分析了不同的湍流来流对结构风压系数、风荷载及加速度响应的影响。分析结果表明：三种来流风场条件下,深圳平安金融大厦周围风场相差较大,来流的湍流强度越高,建筑物前方的脉动风速越高;顺风向等效风荷载主要受平均风速控制,横风向等效风荷载主要受脉动风控制;湍流强度越大,横风向等效风荷载越大;中国规范建议的湍流流场下,深圳平安金融大厦10年重现期顺风向、横风向峰值加速度响应满足居住者舒适度要求。     

环渤海地区城市风气候特征研究

针对环渤海地区城市夏季高温高湿气候条件下的通风需求和寒冷冬季中的避风需求,以JGJ/T346—2014《建筑节能气象参数标准》中的典型气象年参数为基础,统计分析现有的23个城市各风向风频率风速数据,基于HJ 22—2008《环境影响评价技术导则大气环境》提出主导风向定量计算方式,结合主导风向、风频率、风速特征统计结果,综合考虑冬季避风和夏季通风问题,提出避风系数及通风系数概念,绘制各城市通、避风玫瑰图,探讨不同分类地区有利通风方向以及不利避风方向。     

某小区建筑群室外风环境的数值模拟

建筑风环境对于行人的舒适性与安全、建筑的节能和污染物的扩散等都具有很大影响.通过对东风、东南风和东北风3种风向下南京某小区内的风环境进行数值模拟,并对小区的风环境品质进行了评估.结果表明:在3种风向下,小区内部行人高度处(Z=1.5 m)的风速均不会超过4.5 m/s,不会影响人的舒适性;在东南风和东北方风向时大部分建筑前后的风压为2～3 Pa左右,能够较好地利用自然通风,节约能耗;但由于小区建筑群面积较大、建筑较多,有小范围内的无风区域和涡旋区,不利于污染物的扩散.     

考虑风场干扰的喇叭形悬挑钢结构设计风荷载

为获得喇叭形悬挑钢结构的设计风荷载值,考虑临近建筑的风场干扰效应进行了数值风洞模拟。文章通过建立完整的风环境模型,采用非线性k-ε-EARSM湍流模型开展了数值风洞模拟,研究了流场特征、风压系数和不同风向角下建筑表面的风压及风荷载合力的变化规律。研究表明:在最不利风向角的迎风面上,结构悬挑部位内表面的风压系数在2.0左右,且结构受到明显的竖向升力作用;在其他风向角下,受周边建筑风场干扰影响,结构内外表面风压大都呈现相互抵消趋势。计算结果为风压系数,结合相关规范,为设计提供参考意见。     

基于风机风向相关系数的风向仪共享控制方法研究

风向仪风向测量失准或故障会严重影响风机发电性能和可靠性。对此,文章根据风电机组风速风向共享技术理念,提出了一种基于风向相关系数的风向仪共享控制方法。其首先利用风矢量平均法对相邻风机的风向序列进行预处理,以解决风向序列的过零点问题;然后,利用基于皮尔逊相关系数理论的回归分析方法,对相邻风机的风向序列进一步处理,形成缺陷风机的风向相关系数列表及共享风机群,并将其用于对缺陷风机的风向预测;最后,风场SCADA共享模块依据既定的控制策略,抽取共享风机群的风向序列,利用线性回归方程法计算出共享风向序列,并将该序列与缺陷风机共享,实现短时间内的避障运行。从实际风场获取测量数据,利用Matlab仿真软件进行仿真实验。结果显示,两风电机组风向序列相关性系数大于0.75,预测风向的平均相对误差保持在7.56%以内,且相关性系数越高,预测精度越高。     

不同风向角对膜结构风致振动响应的影响分析

膜结构属于张拉力结构,质轻而柔且不具有抗弯刚度,外荷载作用下结构的变形比较显著,这些特点决定了膜结构对风荷载十分敏感。利用数值仿真方法对不同风向角柔性边界膜结构与周围风场的流固耦合进行模拟,对比分析了不同风向角对频率、位移以及应力的影响,从而给出最不利的风向角。     

偏转风场下方形截面超高层建筑风致响应与气弹效应研究

超高层建筑具有轻质高柔的特点,强风作用下其气弹效应明显;且水平风向角沿高度偏转,导致超高层建筑的风荷载和风致响应与不考虑风向偏转时有明显不同。为此,完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场下一方形截面千米级超高层建筑的气弹模型试验,基于试验所得的模型顶点加速度时程,结合Hilbert-Huang变换方法和改进的随机减量法识别了气动阻尼比,对比分析了风向角、折减风速和有无风向偏转对气动阻尼比、极值加速度、涡激共振临界风速和锁定区的影响规律,探究了偏转风作用下千米级超高层建筑的风致响应、气弹效应和涡激振动等特性。研究结果表明：风向角对气动阻尼比和极值加速度影响较大,会显著改变其变化规律和涡激共振临界风速;基于频域分析所得的涡激共振临界风速小于由气动阻尼比或极值加速度确定的涡激共振临界风速,表明后者所反映的涡激共振特性具有滞后性,将导致结构不安全;相比无偏等效风作用,偏转风作用下水平向气动阻尼比较大,结构的顶点极值加速度较小,角部极值加速度的最大降幅可达38.3%。     

典型超高层建筑风荷载频域特性研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。     

最不利风向作用下吸收塔风致动力响应

以某电厂660 MW吸收塔结构为研究对象,利用ADINA及FLUENT有限元软件对吸收塔结构开展了数值风洞分析。研究结果表明:对于该吸收塔结构,NE风向与180°风向属于最不利风向,0°风向时结构相对较安全;随着风速增大,加速度响应随塔高呈增大趋势,应力呈减小趋势,塔体下部开口位置有应力集中现象,且风速对结构应力和位移的影响较小;多塔结构之间有较强的相互干扰现象,风场上游结构的周围风场受下游结构影响较小,而下游结构周围风场受上游结构的影响较大。     

台风“苏力”近地风场脉动特性实测研究

利用设置在福建省霞浦县牙城镇的观测点,成功测得了2013年超强台风“苏力”的近地脉动风场数据,在此基础上对台风的湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和功率谱进行了分析。研究结果表明：湍流强度和阵风因子随平均风速的增大而减小,当平均风速大于10 m/s时,数值趋于稳定;台风风场的横风向、竖直向湍流强度分量显著增强,顺风向、横风向、竖直向湍流强度分量比值达到1∶0.8∶0.55;台风风场的湍流积分尺度离散性较大,与平均风速、湍流强度无明显相关性,实测的台风脉动风功率谱与von Karman谱比较接近。     

高层建筑密集区的风环境数值模拟研究

高层建筑密集区的风环境问题日益受到关注,因此在项目建设前期对其周围的风场特性进行研究与评估十分必要。本文通过某高层建筑密集区的CFD数值模拟研究,计算了16个风向角下其周边450m半径范围内的流场特征,分析了其兴建前后该区域的风速比分布特征,并据此分析关键点风速随风向的变化,最后比较了工程建设前后其周围区域的总体风环境水平。     

方形结构风荷载Jensen数效应研究

为了解试验模拟的地表粗糙度偏差对方形结构风荷载的影响,在风洞中模拟不同缩尺比的A、B两类粗糙度指数风场,研究Jensen数分别为1 200、6 000时结构风荷载的Jensen数效应。结果表明:Jensen数变化对平均风荷载影响很小,对脉动风荷载影响较大; Jensen数由6 000减小到1 200时,顺风向、横风向、扭矩脉动风荷载增大幅度约为200%～250%; Jensen数减小会使风荷载功率谱低频段能量呈小幅增大趋势,高频段能量呈小幅减小趋势; 当来流与方形结构的直线边存在一定夹角时,Jensen数变化对各类型风荷载相关性影响变小; Jensen数增大会使各层间顺风向、横风向与扭矩风荷载相关性减小; Jensen数由1 200增大为6 000时,对扭矩风荷载相关性影响最大,降幅为63%,横风向风荷载相关性最大降幅为40%,顺风向风荷载相关性最大降幅为15%; 增大Jensen数会使顺风向风荷载相干函数与Davenport指数衰减形式吻合的频率范围增大,高频部分的竖向相干函数减小; 横风向风荷载与扭矩风荷载竖向相干函数更符合Davenport指数衰减形式。     

210m高异形烟囱横风向动力响应研究

研究了横风向风荷载对高耸异形烟囱的作用模式,采用计算流体动力学(CFD)方法对烟囱进行了非定常风场数值模拟,获得了烟囱横风向气动参数。结合某电厂210m高异形烟囱初步设计方案进行了横风向风荷载作用下的动力响应分析。     

输电塔风致响应数值模拟研究进展

输电塔是输电线路中重要的承重设施,其结构安全性直接关系到国家电网和输电线路的正常运行。目前针对输电塔风致响应主要通过现场实测、风洞试验和数值模拟等方法进行研究。随着计算机技术和数值方法的发展,对输电塔风致响应特征进行数值模拟分析开始被广泛应用并取得了大量研究成果。相关的数值模拟研究先通过建立对应的风荷载模型和结构模型,然后以有限元方法分析结构动力响应特征和研究对应的风振控制方法,因此从风荷载模型、结构模型、动力响应特征和风振控制研究等方面总结输电塔风致响应数值模拟研究进展。近地面风场的平均风和脉动风模型是构建结构风荷载的基础。针对平均风主要采用指数型和对数型风速剖面模型,而脉动风则主要根据相关的脉动风谱进行模拟。在不同极端气象条件下,风场表现出不同于良态风的风场特征,对应的平均风和脉动风模型需要进一步根据实际情况研究。构建输电塔风荷载还需要结合相关的结构参数,其中塔体结构整体挡风效应以及塔体构件之间的遮挡效应可通过流场模拟进行分析研究。对输电塔塔体结构建立有限元模型时,通常可将之视为刚架结构和桁梁混合结构,而利用桁架结构进行模拟的误差较大。输电塔所承受的荷载除了风荷载等外部环境荷载外,还应考虑输电线对塔体结构作用带来的影响,因此需建立塔线耦合体系对实际输电线路中塔体结构特征进行模拟。在构建塔线体系有限元模型过程中,可结合悬链线理论和导线水平张力对导线进行建模和找形。基于风荷载模型和结构模型可进行塔体风致响应分析,结构动力特征会对风致响应产生重要的影响,其中导线对塔体的作用使得整体体系的结构动力特征更加复杂。对于不同来流风向条件下输电塔的风荷载,我国相关规范有对应的计算系数和分配系数,而在塔线耦合体系中,风向对塔体结构风致响应的影响更显著。根据是否需要外界能量输入,结构风振控制分为主动控制、被动控制和混合控制。迄今为止,被动控制特别是调谐质量阻尼器仍然是对输电塔风振控制的主要方法,其中阻尼器的自振频率应与塔体自振频率保持一致,风振控制效果才能达到最佳,但是塔线耦合作用使得风振控制的优化更为复杂。此外,还对未来可能的研究方向进行了展望,进一步研究特殊天气风场特征、开发更可靠的有限元建模方法、深入研究塔体扭转向及沿线向响应特征、优化TMD设计参数和布置方案等都应是未来重要的研究方向。     

马鞍山市风场特征及其对热岛效应的影响

利用马鞍山市1981～2010年的气象数据计算选取典型气象年,绘制了不同季节及全年的风频风速玫瑰图,并在此基础上分析了风速对热岛效应的影响.研究发现,马鞍山市典型气象年全年静风较少,主导风向相对较为明显,盛行东风,除冬季主导风向为西西北风外,其余季节及全年的主导风向均为东风,全年主导风向的风速皆小于2 m/s.马鞍山市...     

四水归堂

气象数据蛇口3#厂房位于北回归线以南夏季建筑被立面可接受直射阳光．区内建筑节能设计应考虑夏季空调．可不考虑冬季采暖深圳市属于亚热带气候年平均温度22.4℃．季节温差较小．深圳年平均降水量为旧66mm．全年雨量有85％出现在4--9月．深圳市年平均风速为2.7m／s年主导风向为东南东风次多风向为东北风与气候对应的当地建筑处理．     

郑州市地面风场的统计降尺度预报研究

为了提高郑州市地面风场的精细化预报水平,基于欧洲中期天气预报中心(European centre for medium-range weather forecasts,ECMWF)、日本气象厅(Japan meteorological agency,JMA)、中国气象局(China meterological administration,CMA)3个中心的2012年6月1日-9月30日地面风场3~60h预报资料和郑州加密自动站观测资料,先对郑州市11个站的地面风场进行多模式集成预报试验,再对多模式的集成结果进行统计降尺度研究。针对地面风场预报的难点,分别对地面风场的U、V分量(试验方法1)及全风速和风向(试验方法2)进行试验。最后采用均方根误差对2种试验方法的预报结果进行检验评估。结果表明:在多模式集成的2种试验方法中,对全风速和风向的的试验方法要优于对风场的U、V分量的试验方法,且此试验方法的超级集合集成方案(superensemble forecasts,SUP)预报误差较小,而成为最优的方案。在对多模式集成结果的2种统计降尺度试验中,对全风速和风向的多模式集成结果的方法能够进一步降低预报误差,与对风场的U、V分量的方法相比,是1种较好的方法。与多模式集成的精细化预报相比,统计降尺度预报能够进一步减小预报误差,提高地面风场的预报准确率。