向脉动风速功率谱密度函数的分析研究

《向脉动风速功率谱密度函数的分析研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、矽．谮动l敖2o江苏建筑1994年第3期向脉动风速功率谱密度函数的分析研究东南大学巡塑程文滚g'u37．／1、前言国内外一些学者采用不同的方法，对强脉动风是风的动力成份，它是一种随机风记录资料进行了研究分析．发表了各种风荷载，引起结构的随机振动。脉动风的数学模速谱公式。按照其研究方法可分为两类风速型包括概率分布特性、功率谱密度函数和空谱。间相关性。第一类风速谱是对强风观测记录进行相脉动风速功率谱密度函数反映了紊流能关分析，获得相关曲线和相关函数，再通过傅量在频率域的分布状况，是进行结构随机振氏变换求得风速谱的数学表达式。用这种方动分析

2、的前提之一法求相关函数时会产生一定误差．再经傅氏Hj=动风实际上是三维的紊流风。它包括变换后还会再增加一些误差。口]。顺风向、横风向和垂直向的紊漉。由于垂直向第二类风速谱(表一)将强风记录通过超紊流数值较小，对结构影响可以不计，而横风低频滤波器，直接测出风速的功率谱曲线．拟向紊流也较小]，因此本文其讨论顺风向脉合出风速谱的数学表达式口]。这种方法可以动风速功率谱密度函数(以下简称风速谱)的保证有较高的精度和可靠性，而且避免了理研究。论计算过程中的误差，所求得的风速谱公式2、顺风向脉动风速功率谱密度函数的研物理意义清晰、明确。现在学者大

3、多采用这种究现状’方法进行风谱研究。表一类别发表者风速谱的教学表选式1、A．GDavenports。：喾一2、rrissv(n)=4k~1oxx=A3类、西安热工所)=唧[．甓]x=4svcn，=詈·x=lg00号ShlotanlC1、或sv(n)=0238~tx=1400~sv(n)=2ook~]o{x一-_n-y·x≤0．25、EmilSimiuBSv(n)2~kv]0。x=’x>类6Hinot~l一一：一1994年第3期江苏建筑2l表中参数说明：段中紊流风的内在规律建立风速谱公式．则Sv(w)、Sv(n)——风速谱可提高风速谱公

4、式的科学性、可靠性和准确n．w——分别为频率、圆频率性。k——表征地面粗糙度的系数2．3风速谱与高度的关系vl0——参取风速，取1Om高度处平均各种风速谱中部考虑了平均风速V、频风速值率N和地表粗糙度系数K的影响．其差异仅y——高度值表现在是否将高度Y也作为了一个影响因x——无量纲频率素。表一中A类风速谱的特点是：谱形式与本文着重研究了第二类风速谱的数学表高度无关，紊流尺度蜡高度不变表一中B达式，在对比分析的基础上，总结出如下几项类风速谱则相反，其特点是：不同高度处风速要点。谱形式不同，随着高度增加．谱的峰值减小．2．1风速谱表达式的

5、形式峰值频率下降。由表一可见，这类风速谱的数学表达式下面将对这些问题作进一步的探讨都具有如下形式：辈一“x)⋯⋯(1)在表3风速谱的频率区域研究Kv3．1紊流风的理论研究达式的左边，其中的S(n)是风速谱，反映了大气的紊流边界层(500米以下)由于受紊流能量在频率域的分布；ns(n)是对数谱．到粗糙的地表面摩阻效应影响．呈现出一种表征了紊流风能量；kv。代表了地面粗糙度紊流状态。紊流状态中风的脉动可以看成是状况对空气运动的摩阻效应；华Kv一是一个由不同尺度的涡旋组成，这些涡旋具有能量．无量纲的值，反映了紊流能量与地面摩阻效以一定周期进

6、行运动。应之间的关系。当f(x)为定值时，随地面摩对于紊流运动的内部构造+研究者们提阻效应增强，紊流风能量以正比例增长出了各种理论模型来进行解释。其中．比较台理的理论模型是由陈景仁教授提出的双尺度ns(n)是经过标准化后的对数谱，可以在不KV。模型。紊流内部涡旋按尺度可分成大尺度同风速和地貌情况下进行风速谱的比较。在涡旋和小尺度涡旋。按频率可分成四个区段：表达式的右边，是关于无量纲频率x的函(1)最低频率区，由最大尺度的涡旋组成(2)数。各种谱的区别就在于函数f(x)形式的选低频率区，该区能量最大，承担了紊流运动的取。因为不同学者在由

7、离散谱值击拟合一条大部分能量。(3)惯性区，该区能量稳定。最佳曲线时，往往由于方法不同导致表达式(4)粘滞区，由最小尺度涡旋组成，频率最高．形式的差异。例如我国西安热工所的风谱采由于其涡旋剪切变形和粘滞应力很大，产生用的是指数形式，而国外的风速谱多采用复紊流运动的能量耗散。根据A．H．KoI杂的代数式。mogorov假定]：紊流的运动过程是大尺度2．2风速谱与频率区段的关系涡旋连续分解为小尺度涡旋的过程。其内部在第二类风速谱中，大多数都采用了一能量运动有两个方面．其一是从基本流中获个统一的函数形式来表达在整个频率域的风得能量的大尺度涡

8、旋由惯性作用把能量传递速谱能量公布，只有E—S⋯划分了不同的给小尺度涡旋，其二是小尺度涡旋由粘滞作频率区段，建立了相应的风速谱公式。这是否用而产生了能量耗散。暗示了在大气紊流结构中，风速谱具有不同紊流运动中两种能量运动同