风扬沙环境下风沙流场风洞试验研究

通过风沙风洞试验模拟风吹床面沙环境,对不同风洞控制风速和不同沙尘粒径条件下风沙流场内沙浓度垂向分布特性比较得知:沙浓度的大小分布与沙粒径、控制风速以及高度均相关;同种粒径沙供沙床面情况下,风速越大,相同位置处的沙浓度越大,沙浓度随风速的增大而增大,随高度的增加呈指数递减;同一高度位置在相同风速下,粗沙、细沙、混合沙的沙浓度依次增大。获得床面供沙风速剖面只在高于沙床面约0.3m的范围内发生变化,相比于净风,有沙床面此高度范围内的风速小于净风速。在沙粒跃移层内,三种粒径沙对风速都有明显的削弱作用,对湍流强度却有明显的增强作用,且其显著程度与各自沙浓度的垂向分布特征有直接关系,都随着沙浓度的变化同时增大或减小。     

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。     

风沙对低矮建筑整体受力影响的风洞试验研究

通过风洞测力试验,研究了不同沙浓度和风速条件下风沙对低矮建筑整体受力的影响。研究结果表明:和净风工况相比,风沙对低矮建筑整体受力有着较大影响。风沙对低矮建筑平均基底剪力系数有着明显的增大作用,且沙浓度越大,增大的越明显。而对于脉动基底剪力系数的影响,除了与沙浓度有关之外,还与指示风速有关。当风速较小时,风沙增大了试验房的脉动效应,而当风速较大时,风沙减小了试验房的脉动效应。     

青藏高原沙害特征及与新疆沙害差异研究

通过研究青藏高原风沙灾害,同时结合新疆地区风沙灾害,对两地沙害问题的差异进行研究,结果表明:青藏高原风季主要集中冬春两季、大风频发区域主要集中在高原中部。青藏高原与新疆地区风沙灾害的差异主要体现在气候差异、沙粒粒径差异、起沙风速差异和携沙量垂直分布差异;新疆地区风沙流大颗粒的含量、起沙风速、大风携沙高度均大于青藏高原。     

近地台风风场特性及低矮房屋风荷载现场实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房风压及台风风场现场实测系统,研究近地台风风场特性和低矮房屋表面风荷载分布规律。基于实验房获取到的10余次近地台风风速和风压实测数据,对近地台风风场湍流特征参数如湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度及脉动风速功率谱等,按来流不同方位地貌状况进行分类研究;同时分析了斜向强风最不利工况下,屋面角部区域风压分布特征。分析结果表明: A、B、C类地貌条件下,台风顺风向湍流强度均值分别为0.13, 0.21, 0.32;阵风因子同湍流强度正相关,湍流积分尺度随湍流强度增加而减少;与季风相比,台风眼壁区域的顺风向脉动风速功率谱密度值略大于季风的实测值,而横风向脉动风速功率谱密度值显著大于季风的实测值;在低频和惯性子区范围,台风眼壁区域的顺风向脉动风速von Karman和Harris谱拟合值与实测值吻合较好;在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘测点区域具有较高峰值负压和脉动风压,峰值负压系数达-13.5。     

台风“海马”登陆中心近地风场特性实测研究

为研究台风"海马"的近地面风场特性,在位于其登陆中心的观测塔离地高度位置20 m和10 m处安装了测风装置,分析了平均风速和风向、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度以及脉动风速功率谱密度等风场特征参数。结果表明:台风登陆前后的中心风速时程呈M形变化,平均风向角发生反向改变,不同高度的平均风速和风向角有所差异;湍流强度和阵风因子均在登陆时刻最大,20 m和10 m高度的湍流强度均值分别为0. 26和0. 31、阵风因子分别为1. 73和1. 89,均随高度和风速的增大而递减,其值较中国、美国和日本建筑规范的对应地貌规定值小,湍流强度和阵风因子关系的拟合结果相较经验公式偏大;台风经过期间的20 m和10 m高度处湍流积分尺度均值分别为136 m和85 m,随高度和风速的增大而增大,其随高度的变化趋势比美国和日本建筑规范对应地貌的结果更加明显;脉动风速功率谱密度随着风速和积分尺度的增大逐渐满足Kolmogrove-2/3律,实测结果与von Karman谱吻合较好。     

风场长期观测与数据分析

为了进行风场现场实测研究,对1组风速采集设备的风场长期观测结果进行了分析.基于现场实测数据,得到了10 m和20 m高度处10 min平均风速年最大值的风玫瑰图;选取了总时长达75 h的18组大风记录,计算了湍流强度、风剖面参数、剪切波速;拟合了风速谱并与Von Karman谱、欧洲规范谱进行了比较;统计了主风方向湍流积分尺度;对风场的垂直相关性进行了分析.结果表明:实测湍流强度较经验值略大;风剖面参数的离散性大,而且均值与荷载规范取值存在一定差异;实测大风记录拟合风速谱与Von Karman谱和欧洲规范谱吻合良好.     

基于规范对比的女儿墙屋面雪荷载实测分析

在女儿墙屋面雪荷载计算时，日本、美国及欧洲规范中充分考虑了风场对完全暴露屋面雪荷载的侵蚀作用、风力对积雪的搬运作用、上游积雪宽度对下游阻碍物处堆雪量的补充作用和降雪量对堆雪的补充作用。除此之外，也引入了室内采暖、雨雪联合等因素来更真实地实现对屋面雪荷载的估算。相较之下，我国规范仅考虑女儿墙高度的影响。故基于对带女儿墙屋面积雪分布的多年实测结果，参考国外规范中的影响因素，对哈尔滨地区女儿墙屋面积雪分布特征进行了分析。结果显示：风场作用下，积雪会更多地堆积于迎风向女儿墙处；随着上游屋面宽度增加，下游迎风向女儿墙处漂移积雪的峰值深度存在递增趋势，且随着风速增加，搬移堆积作用会增强；上游屋面宽度和地面降雪量对女儿墙处峰值雪深有较大影响，风速对于峰值雪深的影响依赖于地面降雪量，降雪越大，风速的影响越大，反之减小；女儿墙处堆雪长度与女儿墙高度比值多维持在3.75左右，建议我国规范中堆雪长度与女儿墙高度比值取4.0。     

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。     

风沙流速与沙漠路基合理填土高度分析

通过对风沙地区多个典型路段的数据调查,风沙流速是风沙地区道路损害的主要原因.通过对零路基、0.6m高、1m高、1.7m高、2.5m高的路基的不同填土高度的风沙流风洞试验,推出风沙地区路基的合理填土高度.按风速流场分析所建议的路基高度为:流动沙丘区路基合理高度宜在1.0~2.0m之间;半固定沙丘区由于沙源比流动沙丘区的少,所以合理路基高度建议为0.5~1.0m;固定沙丘区由于植被丰富,沙源少,对公路积沙的危害不大,合理路基高度建议为0~0.5m.     

Boundary layer wind structure from observations on a 325 m tower

This paper is concerned with vertical distributions of mean wind speed and atmospheric turbulence characteristics over a typical urban area. The wind data were measured from more than 30 anemometers installed at 15 different height levels on the 325 m high Beijing Meteorological Tower during numerous windstorms. Profiles of mean wind speed are presented based on the field measurements and are compared with empirical models’ predictions. Aerodynamic parameters of atmospheric boundary layer are determined from the measured wind speed profiles. Furthermore, wind velocity data in longitudinal, lateral and vertical directions, which were recorded by ultrasonic anemometers at three height levels during windstorms, are analyzed and discussed. Atmospheric turbulence information such as turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and power spectral densities of the three-dimensional fluctuating wind velocity are presented and used to evaluate the adequacy of the existing theoretical and empirical models. A comparative study between the measured profiles of turbulence parameters and those estimated by AIJ-RLB-1996 and ASCE (1999) is performed. The objective of this study aims to provide useful information on boundary layer wind characteristics for the wind-resistant design of tall buildings and high-rise structures in urban areas.     

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅰ)——登陆台风近地边界层风特性

基于可移动双坡屋面实验房及测风塔获取的"苏迪罗"、"彩虹"、"凯萨娜"和"芭玛"等台风登陆期间的三维脉动风速数据,对近地边界层平均风特性和湍流特性进行分析。分析结果表明:近地100m范围内平均风速剖面符合对数律和指数律分布,平均湍流度剖面符合指数律分布;与良态季风条件下相比,摩擦速度、地面粗糙度长度、平均风速剖面指数α值相对变大,平均湍流度相对增大20%以上;湍流度与阵风因子相关性与Ishizaki实测结果一致;纵向、横向和竖向三湍流分量的竖向相干函数衰减指数为16.82、7.23、3.69;离地3.2m高度处各向湍流分量的功率谱值大于10m高度功率谱值2倍以上,在低频范围各向湍流分量含能量相对要大,湍流功率谱高频段下降相对较快,在惯性子区各湍流分量的功率谱的分布显著偏离"Kolmogrove-5/3"律。     

活塞风作用下超长公路隧道火灾烟气蔓延特性研究

汽车在隧道中行驶时会产生活塞风,有效利用活塞风可降低机械排烟系统的成本和能耗。本文首先进行了理论分析,然后通过计算流体动力学软件对活塞风作用下公路隧道的火灾烟气蔓延特性进行研究。数值模拟探究了不同活塞风速对于隧道中不同火源功率（10、30、50 MW）情况下烟气层运动、温度场和流速场分布的影响。研究结果表明,近期、远期的活塞风速衰减模型在不同火源功率时,烟气层运动、温度场和流速场变化规律基本相同,随着火源功率增大,烟气回流到隧道入口的时间更短,隧道内流速场发生变化的时间越晚。     

湍流度对人体周围流场及舒适性的影响研究

用计算流体力学（CFD）数值方法以实际空调办公房间为研究对象,在4种不同工况下,对室内流场分布和人体的舒适性进行了模拟和分析。结果表明：在低风速和低湍流度的进风口气流下,人体由于新陈代谢在头部上方产生最大速度为O．2445m／s的上升气流;在4种工况下,人体对风速为1．35m／s,湍流度为32．6％的近似自然风感觉最好,为办公室人体舒适性研究提供了一定的依据。     

建筑结构风雨场特性的试验研究

考虑降雨对建筑结构风致作用的影响,首要问题是掌握结构在风雨联合作用下的风雨场特性。本文通过在大气边界层风洞洞体中内置降雨系统,建立风雨联合作用系统,并搭建风雨场信息采集系统,在不同风速和雨强组合下进行风雨联合作用试验,采集并分析风雨场的风特性。结果表明:随雨强的增大平均风速、湍流强度表现为先增大后减小,顺风向脉动功率呈下降趋势,且波动幅度增大。     

温州地区近地强风特性实测研究

为研究我国沿海地区的近地强风特性,基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高),对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测,获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析,研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大,顺风向和横风向湍流度接近;顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m;实测风速谱与von Karman谱基本符合;实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。     

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_b作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_b<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓; 实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小; 热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。     

Wind tunnel simulation of the wind conditions inside bidimensional forest clear-cuts. Application to wind turbine siting

The flow field within bidimensional forest clear-cuts, oriented perpendicular to the wind direction, has been modelled in a wind tunnel, studying the effect of porosity and length of the leading forest and clear-cut. A simple foam model provides an effective simulation of the forest canopy flow, following similar turbulence characteristics found in other wind tunnel and field tests. Particle image velocimetry (PIV) measurements provide a clear picture of the displacement of the boundary layer above the porous canopy and the development of a cavity shear layer at the height of the forest. This shear layer originates high velocity gradients, turbulence intensities and wind gusts. The study of extreme winds is carried out using extreme value analysis on the PIV fields. The results are applied to study the technical feasibility of wind turbine siting in forests following the IEC61400-1 norm. With respect to the forest-free conditions, the turbulence intensity is increased by 4-9%, the wind energy is reduced by 5-20% and the extreme velocities are 15-30% higher. As a rule of thumb, the clearance between the rotor and the ground should be at least two times the forest height to avoid the cavity shear layer.