基于无人机的复杂地貌上空风场实测研究

本文研究了利用多旋翼无人机搭载风速风向测量设备对不同地貌上空平面风场实测分析的方法。以北京市延庆区某试验基地内的测风塔为参考,首先对无人机测风准确性进行研究,其次取相同时间段内测风塔与不同测点位置无人机的实测风速风向数据进行正交分解处理,分析得到无人机和测风塔风速、湍流度的相互比值关系,通过测风塔数据和比值关系,可以推知空中不同测点的风速和风向数据,进而获得复杂地貌影响下的上空风场状况。实测结果表明:修正后无人机平均风速、平均风向与测风塔相比误差较小,无人机测量得到湍流度较测风塔更大,通过滑动平均法可以一定程度上减小无人机测得的湍流度;空中平面风场状况受地貌影响较大,复杂地貌上空风场波动更大。通过现场实测,初步验证了应用多旋翼无人机搭载风速仪在不同地貌上空实现空中平面风场测量的可行性,可为局部区域风场测量、风电场微观选址等提供新思路和新方法。     

复杂群山环境下某桥址的风场特性

通过地貌模型风洞试验研究复杂群山情况下某桥址的风场特性,分析平均风速、风攻角、湍流强度、湍流积分尺度等随风向角和测点位置的变化特性,获得了复杂群山环境下典型位置测点脉动风速功率谱的变化情况。研究表明:复杂群山环境下,桥址的平均风速均小于梯度风高度的风速;爬坡效应使得顺山谷方向来流（顺风向,即风从谷口吹入）产生显著的正攻角,最大值为+35.3°;顺风向时,桥址各测点的纵向湍流强度和横向湍流强度达到最小,约为10%,其他风向下的湍流强度较大;顺风向时,桥址的湍流积分尺度较大,且随测点高度上升而增大,桥址各测点功率谱较来流功率谱发生明显变化,功率谱高频段能量显著增大、单峰特征降低。     

建筑风环境风洞试验中风速探头的研制与应用

研制简易风速探头并通过风洞试验研究探头的气动力特性,为探头的推广应用奠定基础.基于Irwin提出的风速探头原理,研制了用于建筑风环境风洞试验的简易风速探头,对风速探头压力测试结果的影响因素进行了试验分析,并对探头进行了标定,给出了不同高度风速探头的标定系数,同时对湍流场中不同风速下的测试精度和探头间干扰效应对测试精度的影响作了试验分析,最后对一典型小区进行了风环境测试分析.研究结果表明:所研制的简易风速探头对平均风速有较高的测试精度,能够用于建筑风环境风洞试验.     

九黄机场8月和10月风特征分析

利用九黄机场20号跑道自动观测站2004-2010年8月和10月的2分钟平均风向和风速资料,对九黄机场8月和-10月风向、风速的半小时平均状况进行了统计分析。分析表明：九黄机场8月和10月风向分布总体差别不大,8月主导风向为ESE和SSW,10月主导风向为NNE和S;N和NNE风向日出现时间变化很大;风速日变化特征明显,夜间风速较小,白天风速较大;上午8：00左右风速开始逐渐增大,8月平均最大风速时间段为17：00．18：00,10月平均最大风速时间段为18：00．19：00,8月日半小时平均最大风速为5m·s^-1,10月日半小时平均最大风速为3．5m·s^-1;8月风速大于12m·s^-1几率较小,10月风速大于10m·s^-1几率较小,可为8月和10月九黄机场飞机起降提供有益参考。     

武汉体育中心体育场内场风环境定量测量

采用一种新型水平速度传感器,测量体育场内场水平风速,同时用烟线示踪粒子显示方法,同步辨别了传感器所处位置的风向。通过图像处理,获得体育场在不同的风向条件下内场各测点的水平速度矢量,并给出了变化的速度场水平方向瞬时流线,对该体育场在风作用下内场风场的品质作出预报。     

体育场内风环境特性实验

本文介绍1∶200体育场缩尺模型风环境特性低速风洞实验研究。文中给出了自由来流在不同速度和各种风向条件下运动场上离地6毫米高(模拟全尺寸体育场风速测量装置距运动场地面1.22米高度)的风速和风向分布,测量结果表明,运动场上风向一般与来流风向不一致。风速测量表明,运动场上风速通常是在自由来流速度的1/3以内。研究结果说明,体育场内气流湍流度对风环境特性有很大影响。     

傍山地区的强风场特性实测研究

介绍了某傍山地区的强风现场测量研究。采用较高频响的风速风向计与实时数据检测处理系统测得了该地区的风特性,并对一次冬季强风记录进行了分析研究,给出了反映强风脉动特性的两个重要参数-湍流度和阵风系数的关系,指出脉动风速的概率分布直接影响了二者比值大小。此外,通过实测结果与邻近气象站的同期记录比较,发现二者的相关性很差,在整个强风过程中,该地区的最大瞬时风速和平均风速都远远高于气象站的记录,表明傍山地区局部风场有很大的特殊性。     

格栅湍流场风参数沿风洞轴向变化规律

格栅湍流场常用于各类风洞试验中,桥梁断面气动参数均与来流风参数有关。对不同格栅湍流场下的风参数沿风洞轴向变化的规律进行了研究,得出风参数主要与测点与格栅断面间距、格栅板条厚度和单元格栅边长有关。随着间距增加,平均风速短期内急剧衰减,然后趋于稳定。随着间距增加,来流湍流的总能量减小而主要能量迁移至高频区域:湍流度呈指数衰减,湍流积分尺度呈增长趋势;约化风谱形状保持相似,峰值对应约化频率值基本保持不变,但峰值变小。另外根据风参数的变化规律,调试出2类特定的湍流场参数:湍流度相似而湍流积分尺度不同的湍流场和湍流积分尺度相似而湍流度不同的湍流场,以便于详尽研究主要风参数对桥梁断面气动参数的影响。     

上海虹桥机场低能见度天气过程中的气象要素特征分析

利用上海虹桥机场1986-2014年地面例行观测报告结果对机场低能见度天气下的多种气象要素特征进行了统计和分析。研究发现:虹桥机场低能见度天气下气温处于10-15℃之间的概率最高,在气温≤0℃或>20℃时基本不会有低能见度天气发生;近五年来机场低能见度天气有在"更暖"的背景环境下发生的趋势。低能见度天气下机场主导风向在近年来以偏北风和西南风为主,强度较强的低能见度天气主导风向多集中于偏北和偏南两个方向;风速为0-2 m/s的概率最大,且具有风速越小能见度数值越低的特征。机场低能见度天气下相对湿度为90%-95%的出现比率最高,随着能见度的降低相对湿度处于这一区间的概率增大,且近五年来机场发生低能见度天气的背景环境趋于"更加干燥"。     

酒泉地区大气风场分布特征的研究分析

本文分析了2012-2021年酒泉地区大气风场垂直分布，日、月、季节及年际变化特征。根据风场特征分为新的3层结构：第1层高度是在4km以下，风速较小，基本都在2.5m/s左右，但不同季节的风向差别较大；第2层是高度在4-20km之间的大气风场，风速先随高度增加而递增后风速随高度的增加而递减，270°左右的西风为该层主导风向；第3层是在高度20km之上，风速随高度增加而递增，夏季以东风为主导风向，春季、秋季、冬季类似，随高度的增加从270°左右西风过渡到西南风。近十年，酒泉地区在高空西风急流增强和局地环流影响下，冬季的平均风速明显比过去增大，在12月/1月有高空风速的第3个极大值的存在。     

铁路风屏障对轨道上方风压分布影响的风洞试验研究

为明确风屏障对轨道上方风压分布的影响,通过模型风洞试验,采用风压排管测试了轨道上方的风压系数剖面,与CFD模拟结果进行了对比,讨论了平地路基、高路堤、桥梁3种典型线路情况下风屏障设置方式、风屏障高度等对轨道上方风压分布的影响,分析了风屏障的气动机理.研究表明:迎风侧风屏障有效地减小了轨道上方的风压值,背风侧风屏障会增加轨道上方的负压;在3种线路构造中,桥上的风压值最大,能量耗散最小,而高路堤能量耗散最大,并对接触网有一定的防风作用.     

半刚性模型风洞试验荷载谱的处理方法

高频测力天平试验模型要求质量尽量小,频率足够高.然而,对于一些特殊的结构,由于结构本身的特殊性,很难制作出满足频率要求的刚性模型.对于频率不够高的半刚性模型,其一阶振型频率处于结构荷载谱频带以内,因而共振作用比较明显,对结构动力荷载的影响不可忽视.通过半刚性格构式塔架模型的高频测力天平风洞试验,得到了模型在风荷载作用下的基底弯矩和扭矩.进而根据结构动力学和随机振动理论,推导了一种实用计算公式,消除了模型共振对基底力谱的影响,得到了格构式塔架的一阶广义荷载谱.     

大气边界层风速竖向相干函数实验研究

采用尖劈、格栅和粗糙元组合的被动湍流发生装置在TJ-2风洞中模拟了大气边界层流场,测量了模拟流场的平均风速剖面,湍流度剖面,湍流积分尺度和脉动风速功率谱等风场特性参数,重点分析了风速的竖向空间相干曲线.针对风速竖向空间相干曲线存在低频"掉头"的现象,给出了修正的指数衰减函数来进行拟合,完善了用传统的简化指数衰减函数来进行拟合时在低频处的不足,结果表明:笔者给出的风速竖向空间相干函数拟合效果更好.     

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究.在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测.然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验.对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好.分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值.因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的.通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论.     

利用自然低温的风力机结冰风洞实验系统设计

为研究风力机叶片的结冰特性与防除冰方法,设计了一种简便、低成本的结冰风洞实验系统。利用北方冬季的自然低温条件,将常规的开口射流风洞加以改造,安装水雾喷射系统和结冰测试段以提供结冰环境条件。在冬季进行了结冰验证实验,对结冰风洞的3个主要参数:温度稳定性、液态水含量和过冷水滴平均直径进行了测试和标定。结果表明,在环境温度相对稳定的冬季时间段内,主要指标可在一定程度上满足风力机结冰实验要求。     

某高层建筑实测风场和风压的相关性研究

通过对台风“天兔”登陆时厦门沿海某高层建筑的风场及建筑物迎风墙面风压的现场实测数据进行分析,研究了高层建筑风场和其迎风墙面风压的状况及它们的相关性。对台风登陆前后的风场和风压数据进行的分析表明:城市上空强风“天兔”的湍流度不是很大,且随着风速的增加变化比较平稳;迎风墙面各测点的风压系数呈现出中间大、两头小的特征,但差别不是很大。在不同平均风时距和不同来流风向角条件下,对迎风墙面风场和风压的相关性进行了分析。结果表明:当基本时距取为3s 时风场同风压的相关性较高,当来流风向垂直于结构迎风墙面时,风场同风压场的相关性比较大。     

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——风压极值探讨

针对风压信号呈现的非高斯特性和传统极限估计方法的局限,首次提出基于保证率和相关性的极值估计方法--全概率迭代法进行冷却塔表面脉动风荷载极值分析,并和传统的峰值因子法及改进的Sadek-Simiu法计算结果进行对比验证.结果表明:全概率迭代法避开了对随机过程的高斯分布假定,相比传统的极值估计方法其结果更加真实可靠;表达风压极值中脉动分量的峰值因子数值沿着环向和子午向变化显著,如取为同一数值则偏于危险或过于保守;采用全概率迭代法得到的表面风压系数极值分布曲线与规范取值相比,迎风面和负压峰值区域极值偏小,背风区域极值偏大,且最小值对应角度相差约10°.     

自适应遗传 PID 算法在风洞风速控制中的应用

风速控制是风洞的核心控制部分,风速控制系统的优劣直接影响风洞性能指标,为了完成 FDxx 风洞的风速控制系统,设计了一种基于自适应在线遗传算法的 PID 参数整定方法,在风洞气源资源有限的情况下,快速建立流场,确保流场稳定时间。首先对控制参数进行联合编码,在种群个体进化前期采用锦标赛精英保留策略,后期采用基于轮盘赌非线性选择方法,加快算法收敛速度,同时避免了算法过早陷入局部最优,交叉选用单点交叉,变异采用均匀取反法,动态调整过程为了减小甚至避免超调,采用误差绝对值及误差和误差变化率加权方式设计目标函数,并采取了惩罚措施,即一旦产生超调,将超调量作为最优指标的一项,现场测试验证了算法的可靠性及实用性。