基于现场实测的大跨度膜结构风场特性分析

基于实测数据,对强风作用下某大跨度膜结构进行了近地风场特性、风压特性与非高斯特性分析。该工程对大跨度膜结构进行了多点(21点)同步风压实测,同时进行同步风速风向实测。依靠这些数据得到了平均风速、平均风向、纵向、横向脉动风速、阵风因子、湍流度、风压系数、风压相关性、概率密度分布、高阶特征统计量及功率谱密度等参数。实测数据分析表明:在强风作用下大跨度膜结构膜边缘处的风压呈现出明显非高斯特性,且为峰度值大于3的超高斯随机过程;膜边缘测点上下风压呈负相关;该实测风压中低频成分幅值较大,同时,膜结构各位置所受风荷载连续冲击所隔的时间间隔相似。     

复杂地形桥位风场特性实测研究

本文以山西临猗黄河特大桥桥址处风场特性参数研究为依托,对风场进行实测并对其平均风特性和脉动风特性进行研究.研究表明:桥址处平均风速基本服从幂指数规律分布;10m高度处的紊流强度实测值高于规范推荐值,80m高度处的紊流强度实测值和规范推荐值接近;桥址处10m高度处顺、横、竖风向的紊流积分尺度平均值分别为:48.9m、35...     

高耸塔器顺风向风振响应与疲劳寿命数值分析

针对现行设计标准中未曾考虑沿海等地区强风（或台风）频发的极端条件下,顺风向振动可能导致的高耸塔器疲劳问题,基于谐波叠加法、随机振动理论及脉动风速频域规律,利用MATLAB和ANSYS软件模拟,获得了某一典型高耸塔器在各风速下的顺风向脉动风速时程样本及风振时程响应,采用雨流法统计了危险点应力幅值与循环周次,根据Miner疲劳累积损伤理论估算了疲劳寿命。结果表明：模拟脉动风速时程曲线经自功率谱和自相关函数检验可较好地反映真实风速特征;随着风速的增加,塔器风振时程响应的最大值和均方根呈指数关系增大,且前者略大于JB／T4710--2005中的计算结果;9级风以下顺风向振动引起的塔器疲劳损伤不大,但多次较强台风作用可能会导致明显的疲劳损伤甚至失效。此研究旨在为多风地区高耸塔器的合理设计提供参考。     

Mann风湍流模型研究及修正

湍流是风的特性之一,也是风力机动载荷的主要来源。国际标准IEC-61400-1中推荐使用Mann风湍流模型模拟脉动风速。Mann模型涉及的理论非常复杂,一般的设计人员难于理解,应用时也难于入手。为此,本文以文献[3,7]为基础,对Mann风湍流模型进行了详细推导,重点阐述了该模型理论上的简化。发现了文献[3,7]中参数ζ1和ζ2表达式不准确,本文提出了其修正表达式,对比显示修正后的参数大幅提高了风功率谱低频范围的模拟精度。利用改进后的参数模拟Kaimal经验风谱,以谱理论为准则,讨论了空间点数对数值模拟脉动风速的影响,得到了模拟各个风速分量时空间点数的推荐值。利用空间点数的推荐值,得到了空间三维脉动风速。     

风电场中基于湍流强度的风向变化理论研究

本文尝试从风速的湍流强度与风向的变化关系进行分析,说明风向的变化与横向湍流强度有关。在大气稳定度为中性的条件下对风速场的模型进行论证,并对复杂地形条件下的风速场进行了探索,为更精确的预测风向变化提供了方向。     

基于LabVIEW的风洞湍流场风速的计算机仿真研究

介绍了一种基于LabVIEW的风洞控制系统中湍流场风速的计算机仿真方法。以Von-Karman谱作为湍流风场的功率谱,建立数学模型,推导出湍流场风速时程的计算表达式。在此基础上利用LabVIEW软件开发设计了风洞湍流场风速的发生程序,并对湍流场风速进行了频域分析和时域分析以及作为主动控制风洞系统的输入信号的仿真与处理。研究分析表明计算机仿真结果符合风洞控制系统的模拟自然风湍流场的要求。     

应用独立分量分析的激光测风雷达湍流频谱分解

针对大型风力发电机机组中常见的脉动湍流、风机尾流与涡流等湍流信号,研究了利用自然梯度下降的独立分量分析方法的湍流频谱分离效果,以区分中心风速与湍流信号,提高风机机组的综合工作效率。首先分析了风机组中常见湍流信号的后向散射与频谱分布特点,然后依据这些特点设计了对应的独立分量分析模型。在仿真结果符合要求的基础上,进行了双目激光雷达天线的风速采集与实际分离效果检测。实验结果表明,在大气折射率结构常数C2n≤10-14同时广义大气常数α≥4的通常情况下,利用双目信号能够分离出一个湍流中心和一个中心风速。对1 s内两个谱峰的波动范围进行统计,获得(2.59±0.05)MHz的中心风速以及(1.22±0.19)MHz的湍流中心估计,且二者的平均信噪比分别为25.93 dB和31.01 dB,能够在获得稳定的中心风速估计的同时得到一个较为稳定的湍流中心估计。     

微尺度湍流风速液压风力发电短期储能特性研究

研究微尺度湍流风速对风力机输出功率的影响,在均速为额定风速的微尺度湍流风速作用下,分析蓄能器有效容积、单位质量储能和充电状态等主要参数与湍流部分的关系。并在此基础上,提出一种既能短期储能又能使发电机处于额定功率运行的液压风力发电系统。并就微尺度湍流强度为12%额定风速情况,对带有蓄能器短期储能的10 kw液压风力发电系统进行仿真研究,结果表明,带蓄能器短期储能的液压风力发电系统比没有蓄能器的液压风力发电系统输出能量提高11.3%。     

基于时程分析法的门式起重机脉动风响应规律研究

以40.5 t门式起重机为研究对象,用时程分析法研究其脉动风响应规律,采用Davenport风速谱进行研究,利用Matlab软件模拟出不同计算风速下随时间变化的脉动风。在两种工况下,利用Ansys软件通过APDL命令流导入不同计算风速下的脉动风风压曲线,对门式起重机的结构模型进行瞬态动力学分析,列表归纳得到门式起重机结构在不同计算风速下各方向的最大位移值和最大复合应力取值。得出的结论是:脉动风风速的增大主要影响顺风向时门式起重机结构的变形和复合应力,顺风向脉动风对该机结构具有激励作用,此作用不受门式起重机外部载荷和风速变化的影响。     

大跨度三心柱面网壳风压分布试验研究

通过大气边界层风洞刚性模型同步测压试验,对大跨度三心柱面网壳表面风压分布特性进行了研究。根据试验结果分析了结构不同风向下的平均和脉动风压分布、典型测点脉动风压谱以及相关性等。结果表明:风向角对网壳表面风压分布有较大的影响,一般情况下,结构迎风面为正压区,顶部为负压区,尾流区受分离、涡脱和再附等特征紊流影响明显;结构的边沿处受柱涡、锥形涡影响明显,风压梯度变化剧烈。迎风面大部分区域脉动风压功率谱类似于典型的纵向风湍流谱,呈单峰形状,主要激励为来流湍流;边沿处风压谱受特征湍流影响明显。结构表面相关性随测点间距离的增加而不断减小;风向不同,相关性衰减差别较大。     

一种Kaimal谱的修正方法及算法实现

本文发现了脉动风速方差模拟值与设定值存在着误差,分析了引起误差的原因。得到了在不同的湍流尺度与风速比值L/U的情况下,截止频率和初始频率对模拟风速方差的影响,给出了截止频率和初始频率的推荐值,并对Kaimal谱进行了修正。运用修正后的Kaimal谱及平稳随机过程方法,得到了模拟脉动风速时程数据。实例数据表明:模拟脉动风速数据的标准差符合工程应用要求,模拟功率谱与目标风谱吻合得很好。     

随机风作用下高速列车的非定常气动载荷

为研究随机风作用下高速列车的非定常气动载荷,基于COOPER理论和谐波叠加法计算随高速列车移动的点的脉动风,分析车速和平均风速对量纲一功率谱密度的影响。采用计算流体动力学方法数值计算气动载荷系数随侧偏角的变化规律,研究随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算方法,并推导出非定常气动载荷的概率分布特性。通过仿真分析车速为200～400 km/h,平均风速为10～35 m/s时的脉动风和非定常气动载荷发现,量纲一功率谱密度随车速的增加往高频部分移动,平均风速的变化对其影响较小;平均风速对脉动风速的影响大于车速对脉动风速的影响;当考虑侧偏角的变化时,计算得到的非定常气动载荷的波动增大;采用准定常法和改进准定常法计算得到的非定常气动载荷具有随机过程的遍历性,而采用权重函数法及改进权重函数法计算得到的非定常气动载荷不具有随机过程的遍历性。     

地震及多风况下风力机塔架动力响应

为分析不同风速的湍流风与地震联合作用下大型风力机塔架动力学响应,以美国可再生能源实验室(NREL) 5 MW风力机为研究对象,基于考虑土-构耦合效应的Wolf理论,利用动态入流理论及Prandtl理论修正的叶素动量理论计算气动力,基于FAST软件预留数据接口开发了地震载荷计算模块,建立了湍流风与地震联合作用下的风力机仿真模型;计算了5组风速与30种强度地震耦合共150种工况下的风力机塔架动力学响应。结果显示：额定风速下,塔顶位移响应受地震激励影响明显;低风速下地震作用对塔架加速度响应影响较大,高风速的湍流风会加剧塔架剪切力和弯矩响应;湍流风与地震联合作用时,塔顶位移及剪切力和塔基剪切力及弯矩的临界地面加速度峰值随风速的增大先增大再减小,塔顶加速度的临界地面加速度峰值在高风速下随风速增大而增大。     

基于合成湍流来流的相控阵天线风载大涡模拟

风载是大气边界层中相控阵天线的主要载荷.针对Gaussian平稳随机过程理论无法计算横向脉动风载的局限性以及计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)中谱方法生成风速脉动的不合理,结合CFD和脉动风场模拟技术,提出一种大气边界层中天线风载的计算方法.根据大气条件下的Kaimal风速谱,采用谐波合成技术模拟出空间相关的顺风向及横向脉动风速,以此为计算边界条件,并采用动力Smagorinsky亚格子应力模式进行大涡模拟,计算出某相控阵天线的风压及风载系数时程.计算结果与具有相同体型的标准模型风洞试验结果及大涡模拟结果进行比较,表明采用合理布置风速模拟点的该方法在各方向上的计算结果均与试验结果比较吻合.该方法实现了对结构风压和风载时程的计算,具有广泛的通用性和重要的工程应用价值.     

液压新型节流阀抑制空化的效果研究

液压系统中空化现象普遍存在,给系统正常工作造成了一些麻烦。为此设计出带出口压力反馈结构的新型节流阀来抑制空化。将节流阀腔中的湍流脉动压力功率谱强度作为表征阀件空化程度的指标,还首次将新旧两种节流阀的功率谱强度之差进行积分,所得的功率谱效果因子Δη_1及Δη_2用于判别新设计的阀有无抑制空化的能力。实验研究得出:新型节流阀抑制空化的方法是可行的;液压回路采用这种节流阀能较好地消除气泡的产生和伴随的空化现象。     

脉动风的概率统计及最大统计风速研究

脉动风周期与结构的自振周期较接近,是引起结构振动的主要因素。根据Davenpot风速谱、Wiener-Khintchine、Shinozuka定理模拟脉动风时程曲线;使用Monte-Carlo法、MATLAB软件大量重复地进行脉动风时程模拟。主要研究了脉动风的概率分布及最大统计风速。研究结果表明:20*104次脉动风的模拟结果能够代表其整体概率分布;脉动风以平均风为基准波动,与自然风理论吻合。脉动风速服从正态分布,记做。风速在[-2.5,2.5]m/s、风压在[-40,40]Pa发生的概率为99.9%,且绝对值越小,发生的概率越大。随着模拟次数的增加最大统计风速的值越大,增幅越小。     

二维随机风下高速列车非定常气动载荷研究

为研究自然风下高速列车的气动载荷特性,基于Cooper理论和谐波叠加法建立考虑自然风纵向脉动分量和横向脉动分量的二维随机风数值模拟方法,通过对比纵向脉动分量和横向脉动分量的模拟功率谱密度与目标功率谱密度,验证随机风数值模拟方法的正确性,并建立二维随机风下高速列车非定常气动载荷的计算公式。数值计算时,列车速度为200~400 km/h,平均风速为10~35 m/s,计算结果表明,随机风具有较大的横向脉动分量,其波动程度略小于纵向脉动分量的波动程度。无论是否考虑随机风速横向脉动分量,高速列车非定常气动载荷均近似服从正态分布。随机风速横向脉动分量对非定常气动载荷的均值几乎没有影响,但使非定常气动载荷的标准差有所增大。     

湖南省永州市风向风速特征统计分析

文章利用永州市1986—2015年的地面观测资料对永州地区11个国家级站点的10 min平均风向风速分布特征进行分析;详细地分析了最大风向、风速的年际、季节和月际平均分布特征,并得出结论,以期为今后的预报提供依据,进而提高风向风速预报质量。     

特定频域特性的风模型研究

为了保证风力机设计过程中所需要载荷计算的准确性,以确保风力机各零部件的动力学分析和寿命计算,需要在实验室中得到与自然风具有相同数学特性的风速序列。对Kaimal功率谱密度函数进行逆傅里叶变换得到离散时间序列,通过对该序列的频谱特性与某风场实测风速序列的频谱特性进行对比分析,结果表明,该方法能够得到具有特定功率谱密度和随机特性的风速时间序列。     

太阳能聚光碟结构脉动风速时程模拟的可行性分析

风荷载是在太阳能聚光碟结构设计时要考虑的重要载荷之一,通过对聚光碟结构加载脉动风荷载,可以直观了解太阳能聚光碟结构的动力学特性,为聚光碟等结构抗风设计的研究做基础。本文以某4.5m太阳能聚光碟发电系统结构的动力学问题为背景,用MATALAB软件对脉动风速时程进行绘制,再将模拟得到的脉动风速功率谱与目标值进行对比,以检查模拟结果是否可行。