高斯扩散模式平均风速u取值的合理性研究

高斯扩散模式在实际应用中平均风速ｕ的取值混乱，本从理论上阐明ｕ的合理取值应为有效源高Ｈｅ处的平均风速（ｕＨｅ），并指出了采用地面风速ｕ１０或烟囱出口高度处平均风速（ｕＨｓ）计算污染物地面浓度的误差范围。     

典型台风登陆过程平均风时距转换系数分析

为掌握中国东南沿海台风登陆过程近地面风速变化规律及影响因素,根据2005年浙江省东海塘观测塔和上海市芦潮港观测塔分别实测得到的2次典型强台风(麦莎(Matsa 0509)和卡努(Khanun 0515))登陆时段距地面10 m高度处的实时风速记录资料,计算了不同时距风速的转换系数及其概率分布.计算结果表明,风速时距转换系数服从广义极值分布,V3 s/V10 min服从极值Ⅱ型分布,V30 min/V10 min以及V1 h/V10 min服从极值Ⅲ型分布.分别处于台风远端和近端的两处观测塔的实测记录表明,A类场地下,在台风影响范围内,工程场地处台风气候条件下10 m高度处风速时距转换系数的取值及其概率分布基本保持稳定,基本不受台风路径、台风强度变化、观测点在台风风场中的相对位置以及台风登陆与否的影响.A类场地的台风气候条件下,采用基于概率统计的具有一定保证率的风速时距转换系数取值,能够为建筑结构抗风性能设计提供可靠保证.     

多国规范城市地貌风特性关键参数的对比研究

对中、美、日现行荷载规范的城市地貌风特性开展了对比研究。分析了平均时距、地面粗糙度系数、梯度风高度的取值原则,研究了3种规范给定的湍流强度、湍流积分尺度及脉动风速谱经验公式的差异。基于实测结果评估了风特性关键参数的准确性。结果表明,3种规范规定的地面粗糙度系数及梯度风高度均小于实测结果,美国规范预估的湍流强度与实测值最为接近,日本规范的湍流积分尺度及脉动风速谱经验模型与实测结果符合较好,研究结果将为城市地区建筑结构的抗风设计提供技术参考。     

大跨公铁两用斜拉桥塔区风环境

为研究公铁两用斜拉桥塔区复杂风环境,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对塔区公路桥面流场进行仿真分析,并结合大尺度桥塔-主梁刚性局部模型风洞试验,对公路桥面上3种典型车辆中心高度处和铁路桥面上列车中心高度处风速进行测量,引入风速系数λ、风速突变率ξ和风速波动率η,对比分析并讨论各空间位置处平均风速的变化和瞬时风速波动.结果表明:桥塔附近区域流场存在一定的风速加速效应;桥面不同高度处风速变化程度不一致,中型客车中心高度处流场突变更为剧烈;上风侧平均风速大于下风侧,但下风侧风速突变率更大;桥塔遮风效应对附近区域平均风速影响范围约为3倍塔柱迎风面尺寸宽度,在公路桥面上,对瞬时风速波动率的影响宽度略小于4倍塔柱迎风面尺寸,而铁路桥面上,对瞬时风速波动率的影响宽度略大于4倍塔柱迎风面尺寸.     

障碍物形状对含硫天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

对含硫天然气管道泄漏扩散进行模拟研究,在不同风速下对比分析了计算区域内障碍物形状、障碍物坡度对泄漏气体扩散过程的影响规律,并模拟了不同条件下H₂S组分的安全区域。结果表明,障碍物的存在使泄漏气体在风力作用下堆积在障碍物的迎风面,障碍物的形状改变泄漏气体的运动路径。当障碍物为无坡度障碍物（建筑物）时,泄漏气体的扩散高度增大,且在水平方向的传输被阻碍;当障碍物为有坡度障碍物（山体）时,泄漏气体在水平方向的扩散距离增大,且在外界风力达到一定速度之后,泄漏气体绕过障碍物在背风区扩散时开始向下沉降,导致地面附近的安全区域范围减小。减小障碍物坡度,风速较小时对泄漏气体的扩散无影响,风速较大时泄漏气体将障碍物包围并在近地面处扩散;增大障碍物坡度,泄漏气体的扩散规律与无坡度障碍物（建筑物）存在时相似。模拟结果可为含硫天然气泄漏事故的处理提供参考。     

自然通风条件下热舒适性的模拟分析

采用基于CFD理论的Airpak软件对自然通风（正弦周期性波动的风速）条件下的热舒适性进行模拟分析,通过预测平均热感觉（PMV）指标和不满意率（PD）指标对热舒适性进行评价,比较人体对低频（0.3、0.4、0.5 Hz）变化风速的满意度。结果表明,在室内温度、相对湿度等条件不变时,PMV值与风速呈现出相同的变化规律,人体对变化频率为0.3 Hz的风速最满意。     

多层砖混房屋考虑地震影响使用寿命预测

多层砖混房屋考虑地震影响使用寿命预测于远征，谢行皓西安量，ｄｃｐｉ为各筛号上试样的平均粒径，按表１取值［１］表１各筛号上试料的平均粒径取三个不同功耗下测得的表面积试验结果（Ｗｉ，Ａｉ）（ｉ＝１，２，３）用最小二乘法求线性回归方程及其斜率（△Ａ／△Ｗ）...     

平面布局对高层建筑群风环境影响的数值研究

马剑，陈水福采用基于Reynolds时均方程和重正化群（RNG）k-ε湍流模型的数值模拟方法，分析了由6幢方形截面高层建筑组成的建筑群的周围风环境.通过改变初始呈两行三列布置的各列建筑的横风向间距，得到了8种不同布局型式的建筑群，对各建筑群周围人行高度（2 m）处的风速比和风速矢量场进行了比较.结果显示，当6幢建筑成围合型排列或成两行平行（并列型）排列时风环境较佳，当成Y型或U型排列时巷道效应和风速加强现象比较严重.     

风力因素对天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

利用仿真模拟软件, 对架空天然气管道泄漏扩散进行数值模拟, 对比分析了泄漏方向及风速对泄漏扩散过程的影响。结果表明, 地面附近下风向危险范围大, 上风向相对安全, 地势较高处相对安全; 向上喷射时近地面天然气危险范围较小, 迎风喷射和向下喷射时危险范围较大; 迎风喷射时风速对危险范围的影响小于向下喷射时 风速对危险范围的影响, 在静风及低风速下天然气泄漏扩散范围较大。研究结果可为架空天然气管道泄漏的应急疏散、 救援提供理论依据和参考。     

地铁施工塌陷的SBAS-InSAR长时序监测与早期识别

以2019年青岛市沙子口和胜利桥发生的2处地铁施工塌陷事故为研究对象,基于改进的SBASInSAR技术,利用60景Sentinel-1卫星影像数据,获取地面塌陷前后的青岛市的地表形变时序信息,分析了塌陷事故区地面形变过程与塌陷事故的相关性,提出了利用合成孔径雷达卫星遥感数据开展城市地铁施工地面塌陷监测预警的方法。通过对沙子口和胜利桥2处事故点的长时间序列地表形变监测数据进行统计分析比较,将累积形变量转化为每日平均沉降速率,提出了用于早期识别地表沉降的指标,即在1个周期（12 d）内,平均沉降速率超过0.02 mm/d,而施工预警阈值为连续观测3个周期,平均沉降速率超过0.02 mm/d。     

大气边界层中天线风载特性的数值分析

基于Reynolds时均N-S方程和RSM湍流模型,以大气边界层中具体地貌的风速剖面为入口边界条件,对某一车载雷达天线的风载进行数值模拟,得到天线的阻力系数;并与目前天线设计采用的均一风速为边界条件的计算结果进行比较,研究了工作高度、风速、地貌等因素对大气边界层中天线风载特性的影响。计算结果表明,大气边界层中天线的阻力系数随工作高度及风速的增加而增大;而地面粗糙度对天线阻力系数的影响则由天线相对于标准参考高度的位置决定。     

基于FLUENT的架空天然气管道泄漏数值模拟

建立了天然气管道在空旷地面发生泄漏的三维模型,对高速泄漏区域进行了网格细化。利用 CFD商业软件 FLUENT 6.3对泄漏过程进行模拟,考察了大气风速、泄漏初速度和泄漏口形状（圆形和菱形）对泄漏的影响。模拟结果表明,风速对天然气泄漏喷射射流角度有较大影响,扩散范围随扩散高度而增大;泄漏初速度对天然气喷射高度有较大影响,扩散高度随泄漏初速度的加快而变高;圆形泄漏口的硫化氢泄漏范围最宽。研究结果对加深长输天然气管道泄漏扩散规律的认识、事故的预防具有一定的意义。     

导流板型防风网的流场模拟与抑尘研究

针对常规型防风网庇护范围有限等缺点,采用导流、整流措施,设计了导流板型防风网。应用CFD模拟软件FLUENT 6.2提供的标准κ-ε模型,以流场数值模拟的方法对导流板型防风网结构及其网后流场进行数值模拟,研究了导流板型防风网对物料堆表面速度、压力和湍流强度变化的影响,并与常规防风网的挡风抑尘作用进行了比较。模拟结果表明:导流板具有导向作用,使渗流风以一定角度上扬,减小了渗流风对防风网后物料堆表面的直接作用,同时延缓了绕流风对料堆顶部的影响;与常规防风网后料堆表面性质相比,导流板型防风网后料堆表面速度较小,压力变化较小,顶部附近湍流强度变化较小;综合分析各因素,导流板型防风网挡风效果明显。     

一次下击暴流天气的多普勒雷达资料分析

利用多普勒雷达基本反射率、径向速度资料以及径向速度计算的风切变结果,对一次典型的下击暴流天气过程进行了分析.结果发现：强对流单体合并加强形成弓状回波,在弓状回波前沿反射率因子梯度大值区产生下击暴流,造成地面强风灾害;下击暴流过程中,中层以上一直存在强度不断增大的径向风辐合,为系统发展提供动力支持;下击暴流发生时,底层会出现相应的径向风辐散,是地面大风的直接反应;高低层垂直切变反映了强对流单体内部风场配置结构为底层有较强的暖湿入流、高层有明显的上层出流、中层以上升气流为主,这样的流场配置正是一般强对流单体中的常见特征.     

安中大楼风环境模拟及风能利用

介绍建筑环境中的风能利用基本形式及风能利用可行性评价指标.针对安中大楼所处的特定位置,运用计算流体力学方法对周围的风环境进行数值模拟|对可能利用风能的位置即风速明显增大区域,如夹道、洞口及屋顶处进行详细的分析,利用风速增大系数指标评价风能利用的可行性,对合理布置风力机提出建议.研究结果表明：在夹道处、大楼边角处风速加大,可以安装小型风力发电机,综合考虑经济性和有效性,可以沿塔架高度布置多台水平轴风力机|建筑物开洞区域的风速增大,风向平行于洞口径深时效果显著,适合在洞口前沿布置水平轴风力机|安中大楼屋顶风速较大,集结效果明显,可以根据屋顶尺寸安装多排风力机.     

不同入流条件及偏航角下的单风机尾流特性

随着大型风电基地建设,上游风机在运行时会使下游风场风速下降,湍流度增大,造成下游风机发电功率降低,加剧风机的疲劳破坏并缩短其服役周期。因此,亟需开展风机尾流研究,明确其特性及演化规律。为了揭示不同入流及偏航角下的单风机尾流特性,基于单风机尾流风洞试验,验证基于大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)结合致动线模型(Actuator Line Model, ALM)数值模拟方法的准确性;基于LES-ALM模拟方法研究入流风场（包括风速及湍流度）及偏航角对风机尾流特性的影响,阐明正负偏航角下单风机尾流的对称性。结果表明：随着背景湍流度的增大,风机尾流恢复速度加快;当入流条件相同时,风机设置正负对称偏航角,其尾流风速也表现出一定的对称性;风机偏航角越大,风机尾流膨胀宽度会逐渐减小,并降低尾流风速的亏损程度。     

基于风洞试验的风沙两相流耦合流场特性

风沙两相流结构的理论与研究方法已趋于成熟,主要集中在风沙物理运动本身和防风固沙工程方面,然而,将风沙运动现象及其对建筑结构物的作用效应相结合的研究还比较鲜见,继续开展风沙地区工程结构的抗风沙研究具有重要的现实与工程意义。通过风沙风洞试验,模拟了实际沙漠地貌下的风场特征,重点通过风洞顶部落沙研究了类似沙尘暴环境下的沙浓度、风沙流速度廓线以及湍流强度随高度的变化情况。通过控制相同风速、变化不同输沙率进行落沙,以此形成多种不同类型的风沙两相流耦合流场,并与净风工况相比较。试验结果表明：沙浓度梯度分布与落沙孔数量、控制风速以及高度均相关;风沙流场中沙颗粒的运动对风速剖面有一定的削弱作用,对湍流强度却有增强作用;风场中沙质量浓度沿高度方向的分布特征直接影响了各高度处风速和湍流强度的大小,沙浓度越大的高度处对风速的削弱程度越显著,且对湍流强度的增强程度越大。     

巨型高层开洞建筑刚性模型风洞试验研究

用缩尺比为1：300的刚性模型对巨型高层开洞建筑进行了风洞测压试验,研究了C类场地、16个来流风向条件下,模型各表面(包括洞口内部)的风压分布特性等,并确定了结构总体风荷载及最不利风向角．结果表明：洞口的设置减小了建筑物所受的总体平均风荷载,但并非洞口越大减小风荷载越多．在建筑物上部开洞,对减小基础所受弯矩非常有利,而在中上部开洞则对减小总体平均风荷载更为有效,并且当风向与开洞方向平行时基础所受的总平均风荷载最小．风荷载沿建筑高度的变化并非按规范中的规律分布,而是中上部大、两端小.     

山东沿海风能资源分布特征及评估

利用山东省沿海测风塔70 m高度完整1 a的观测资料计算分析风能资源参数特征.结果表明:山东沿海地区平均风速与有效风功率密度分布特征相似,烟台沿海区域平均风速及有效风功率密度最大分别达到6.7 m/s、463.5 W/m2,沿海北部地区风能资源最为丰富,日照地区最少;受海陆风作用,春季风能资源最好,其次是冬季,夏季最差,风速最大值基本出现在14—16时;年有效风能时数及百分率分别为7 440 h、85%;风能密度分布基本以偏北或偏南方位较大.沿海区域风能资源分布特征与长年代评估结果及数值模拟结果基本一致.     

Theoretical and Experimental Investigations of Gyroplane Jump Takeoff Dynamics

自转旋翼机跳飞动力学的理论和试验研究

杨兴邦1,项昌乐1, 2,徐彬1, 2,樊伟1

（1.北京理工大学 机械工程学院;2.北京理工大学 车辆传动国家重点实验室）

创新点说明：

（1） 考虑自转旋翼机跳飞时旋翼桨叶的总距突增瞬态效应,推导了时变的总距突增旋翼的气动响应模型;

（2） 基于以上总距突增的气动响应模型,考虑瞬时地面效应,建立了自转旋翼机跳飞动力学模型;

（3） 搭建了自转旋翼跳飞试验平台,并完成跳飞试验;

（4） 利用跳飞动力学模型,分析了自转旋翼跳飞时,总距突增、地面效应和诱导速度对跳飞性能和旋翼气动特性的影响。

研究目的：

建立简单准确的跳飞动力学模型,分析关键因素（总距突增、地面效应和诱导速度）对跳飞性能和旋翼气动特性的影响,有效预测自转旋翼机的跳飞动力学性能,从跳飞系统设计方面指导自转旋翼机设计。

研究方法：

（1） 根据叶素动量理论和叶素理论,建立时变的总距突增旋翼气动响应模型,将模型应用于NACA试验中直升机跳飞旋翼（与自转旋翼机跳飞旋翼气动环境相同）的气动特性计算,采用数值解法求解;

（2） 在（1）基础上,考虑瞬态地面效应,建立自转旋翼机跳飞动力学模型,并应用到试验样机的跳飞性能计算,采用数值解法求解;

（3） 自主搭建了自转旋翼试验样机跳飞平台,使用编码器采集试验样机的电机和旋翼转速,超声波传感器采集样机离地距离并转换为样机质心的跳飞高度;

（4） 使用三个简化跳飞模型、一个经验跳飞模型和本文跳飞模型计算试验样机跳飞性能,统计各模型计算得到的瞬时跳飞高度均方差（MSE）和最大跳飞高度误差（MHE）,两两比较,并逐一与样机跳飞试验的跳飞高度数据对比,定量得出关键参数对跳飞性能的影响;利用本文模型分析了关键参数对跳飞旋翼气动特性的影响;

结果：

（1） 时变的总距突增旋翼的气动响应模型求解NACA试验中的直升机跳飞旋翼气动特性,计算结果与NACA试验数据对比,模型计算准确可信;

（2） 自转旋翼跳飞动力学模型求解试验样机的跳飞性能,并与样机跳飞试验数据对比,模型计算精度超过95%;

（3） 关键因素中,地面效应对跳飞的影响最大,诱导速度模型的影响次之,总距突增气动延迟的影响最小;总距突增对旋翼的诱导速度和拉力的影响与旋翼半径和跳飞时间有关,诱导速度的响应滞后于拉力;地面效应对诱导速度和拉力的影响作用到整个旋翼桨盘,只与旋翼桨盘离地高度有关。

结论：

（1） 本文推导的时变的总距突增旋翼的气动响应模型准确可信;

（2） 建立的自转旋翼跳飞动力学模型对跳飞性能的计算精度高达95%;

（3） 跳飞动力学模型可用于自转旋翼机性能的预测,在快速预测自转旋翼机跳飞性能时,可忽略旋翼的总距突增;

关键词：跳飞;总距突增;地面效应;诱导速度;MSE和MHE