不同建筑环境下平均风速剖面的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟,并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明,建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大,建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。文中还给出了以建筑平均高度和建筑密度为自变量的平均风速剖面指数经验公式。

塔影效应对平均风速和湍流强度影响的外场试验研究

风场的准确测量在风工程中意义重大。测风塔是最常用的风场观测平台,而塔影效应是测风精度评估中需主要考虑的因素。基于我国3个不同区域测风塔1年的外场数据,研究了塔影效应对平均风速、湍流强度的影响,通过塔影效应影响因子(Tower Distortion Factor,TDF)和离散因子(Scatter Factor,SCF)量化分析了塔影效应的平均值和离散度。结果表明:塔体对下游气流影响明显,塔影效应可使平均风速降低15.5%、湍流强度增大26.1%;塔体对上游气流的阻挡效应弱于塔影效应,可使平均风速降低2.2%、湍流强度增大0.4%。塔影效应与平均风速、湍流强度的关系为负相关,相关系数为–0.864,线性拟合的斜率为–0.443。塔影效应对湍流强度的影响更显著,是对平均风速影响的2.257倍。在平均值上,平均风速TDF、湍流强度TDF的分布范围分别为0.0141~0.0314、0.0214~0.0385,塔影效应对平均风速和平均湍流强度影响的贡献分别为34.6%、49.0%;在离散度上,平均风速SCF、湍流强度SCF的分布范围分别为0.0179~0.0240、0.0648~0.0845,塔影效应对平均风速和平均湍流强度影响的贡献分别为10.5%、10.8%。塔影效应对平均湍流强度的影响高于对平均风速的影响,对二者离散程度造成的影响接近。

巷道平均风速单点测试方法误差研究

为验证巷道平均风速单点测试方法可行性,提高巷道平均风速单点测试方法精度,采用Fluent数值模拟方法,计算各种断面形状、断面尺寸及支护方式巷道断面上平均风速单点测试误差分布。研究结果表明:在任意断面形状、断面尺寸及支护方式巷道断面上任意测点,巷道平均风速单点测试误差均小于6%,因此,巷道平均风速单点测试方法可行。根据巷道断面上平均风速单点测试误差分布情况,尽可能将风速传感器布置在误差小的位置,可进一步提高巷道平均风速单点测试方法精度。研究结果可为解决巷道平均风速快速精准测试问题,进而推进矿井通风智能化发展提供参考。

全球变暖背景下青藏高原平均风速的变化特征

青藏高原是全球气候变化敏感区,生态环境极度脆弱。风速是影响青藏高原环境变化的主要动力因素,对土壤风蚀、沙尘暴等环境灾害的形成和发展有着显著的影响。本文基于青藏高原气象站点观测的风速资料,分析了过去近六十年青藏高原平均风速时空变化格局,揭示了主要大气环流因子与青藏高原风速变化的关系。结果表明,近六十年青藏高原年和季节平均风速呈现显著的下降趋势,且存在明显的年代际变化特征;北极涛动指数、印度洋偶极子指数和西风指数等与风速存在不同程度的相关性,表明大气环流变化对青藏高原风速变化有着显著的影响。本文结果加深了对全球变暖背景下区域风速变化的理解,可对青藏高原地区防治土壤风蚀、减缓沙尘灾害危害等提供科学依据。

矿井巷道风流平均风速分布规律的试验与模拟研究

为探究巷道断面平均风速分布规律,准确测定风速大小,利用激光多普勒测速仪(LDA)进行测试试验,并通过Fluent数值模拟方法研究矩形、半圆拱和梯形巷道断面的风速分布特征。试验表明,风流质点速度呈湍流随机脉动特性,但服从正态分布。就瞬时风速而言,巷道断面平均风速分布环状曲线为不规则波浪形式;Fluent模拟表明,巷道风流充分发展的断面上的平均风速分布与通风风速大小无关,仅与巷道断面形状有关。基于统计平均的试验结果与Fluent数值模拟结果吻合较好,进一步说明,可以在巷道断面平均风速分布点位布置测点,考虑风流脉动影响,将该测点风流各态遍历周期内的速度统计均值作为巷道断面平均风速,无需系数校正。

峡谷地形平均风速特性与加速效应

采用计算流体力学(CFD)方法建立多个数值模型,通过与风洞试验的对比分析验证了数值模拟结果的可靠性,较系统地研究并详细分析了峡谷长度、山顶间距、山脉坡度3种地貌因素对平均风加速效应的影响.结果表明:山脉顶部加速效应主要受山脉坡度的影响,在近地面内坡度越大加速效应越明显;峡谷内部加速效应受多种地貌因素影响且变化趋势较为复杂,必须考虑峡谷侧坡边界层的影响和流动的三维效应,当峡谷长度越短、山顶间距越小、山脉坡度越大时,迎风谷口处在近地面内的加速效应越明显.最后计算出典型峡谷的风压地形修正系数,并与我国建筑结构荷载规范进行对比.

井巷断面内单点风速与平均风速转换机制

准确测量一点风速并将其转换为断面平均风速是矿井通风领域的一项技术难题。对其中涉及的单点风速测不准问题和单点风速与平均风速的转换机制进行了研究。结果表明,湍流充分发展的圆管断面上任一点（黏性底层除外）风速与平均风速为非线性关系,但在井下常见风速0.25~15 m/s,两者可近似为正比关系。为验证这一结论的普适性,在实验室采用激光多普勒测速仪对矩形非充分发展湍流断面上单点风速与平均风速的关系进行了测试。结果表明：当平均风速在0.78~6.2 m/s变化时,单点风速与平均风速仍表现为正比关系,比值k可作为该点风速与平均风速间的无因次转换系数;k的空间分布反映了断面速度场结构,当断面速度场结构变化时转换系数失效。在单点风速测不准问题上提出,测试传感器在提高数据采集频率的基础上应对速度信号进行时间平均处理,且时间平均尺度要大于湍流各态遍历假设。

PMFT方法对我国年平均风速的均一性检验

利用惩罚最大F检验(PMFT)方法并结合详尽的台站历史沿革信息对我国701个气象观测台站年平均风速资料进行了均一性检验,结果表明该检验方法能够应用于对年平均风速资料进行均一性检验,我国年平均风速资料的不连续点主要集中在1～2个,已检验的701个台站中有61.3%的台站年平均风速序列是均一的,表明我国大部分台站风速资料均一性情况良好。仪器变化和台站迁移是引起年平均风速序列非均一性的主要原因,而仪器变化中的仪器换型是造成年平均风速序列非均一性的最重要原因。

台风条件下不同时距最大平均风速之间的转换系数研究

利用位于福建省漳浦县赤湖镇海岸线观测塔提供的三个登陆台风的四层超声风速仪观测数据,在数据质量控制基础上,研究不同下垫面条件下阵风因子与平均风速、观测高度,以及阵风时距的关系;在此基础上,给出不同时距最大平均风速之间的转换系数,从而在不同研究机构采用的表征登陆台风强度的1min、2min和10min最大平均风速之间建立联系,并和WMO的推荐值进行比较。计算结果表明：粗糙度对阵风因子有显著影响,对转换系数影响较小;本文给出的2~10min最大平均风速之间的转换系数和WMO的推荐值相差不大,表明计算结果是合理的,以及在相似地貌条件下利用WMO的推荐值进行强度估计具有一定的可靠性。

黑河流域1960-2009年平均风速时空变化特征

利用黑河流域气象站点19602009年的逐月、逐年的风速观测资料，运用Mann-Kendall检验法和反距离加权插值法（IDW）及相关分析法对黑河流域平均风速时空变化特征进行了分析。结果表明，近50a来黑河流域年平均风速呈减小趋势，其变化趋势指标口值为-0．01；春、夏、秋、冬季平均风速均表现为下降趋势，口值分别为-0．012，-0．011，-0．007和-0．008。年代际变化在60-70年代为正距平，80年代以后为负距平。年内变化表现为偏双峰型，第1峰值远大于第2峰值，分别出现在4月和11月。空间变化上，上游山区年平均风速呈上升趋势，平均每年增加0．01m／s；中游和下游均表现为下降趋势，降幅在0．005-0．029m／s，同时在不同季节空间差异明显。年平均风速突变发生在1985年左右，春、夏、秋、冬季突变分别出现在1986，1984，1983和1985年。年、春季风速下降与平均气温、平均最低／最高气温以及潜在蒸散有关，夏、秋季平均最高气温的影响变小，而冬季仅有潜在蒸散通过了0．01的显著性检验，说明风速下降是造成黑河流域冬季潜在蒸散量减小的主要因素。

1961～2010年河西地区平均风速时空变化趋势分析

利用河西地区15个气象站点1961～2010年月平均风速和最大风速日值资料，采用M-K突变检验、ArcGIS中的IDW插值和小波分析等方法分析河西地区平均风速的时空变化趋势。结果表明：近50a来，河西地区年平均风速呈明显下降趋势，其递减速率为0．14m／（s·10a）（a=0．001）：该地区四季平均风速均呈减少趋势且减少趋势相同；平均风速的变化在空间分布上存在差异，具体表现为年平均风速的递减趋势是自西向东逐渐减小，瓜州和玉门是该地区减幅最大的区域，而乌鞘岭却呈现出微增的趋势；风速的长期变化具有一定的突变性，其年平均风速在1985年发生突变；该地区平均风速存在存在多尺度的周期结构特性，其变化周期为6、19和25a。

采用平均风速参与因子法的区域风资源评估

目前多依据风能特征指标对单个风电场进行风资源评估,评估结果对区域能源规划所起到的参考作用比较有限。对此,提出了基于平均风速参与因子的区域风资源评估方法。按照风速观测站的位置进行地理划分,在各站风速历史数据中合理取样;在假设风速服从2参数威布尔(Weibull)分布的基础上,采用矩量法计算出各样本的风速分布参数;之后建立多维自回归模型,求得各样本风速序列的相互影响系数,应用所提平均风速参与因子方法求得区域等效风速分布参数,进行区域风资源评估。以某地10个风速观测站实测数据为样本,进行了算例分析。结果表明,所提风资源评估方法计算结果与实测数据统计结果较为接近,能有效解决区域风能能源规划中风资源评价的瓶颈问题。

基于等效平均风速的风力发电功率预测

目前应用风速气象数据预测风力发电功率的方法存在较大误差,难以满足工程应用的精度要求。文中基于能量守恒原理提出了风力发电机组等效平均风速的概念,并通过为期1年的现场实验分析得到等效平均风速与最大风速和平均风速的函数关系,由此提出了基于等效平均风速的风力发电功率预测方法,并与以往基于平均风速的风力发电功率预测方法进行了工程应用效果对比,表明基于等效平均风速的预测方法较基于平均风速的预测方法在预测精度方面有明显提高。

中国大陆地区年最大平均风速的概率密度函数

根据中国大陆地区1951-2002年的实测风速数据资料,采用密度演化方法进行了各站点年最大平均风速的概率密度函数估计,给出了大陆地区年最大平均风速均值和标准差的等值线分布图。与常用的基于拟合优度检验的概率密度函数估计和统计量分析不同,所提方法不需要进行先验分布类型的假定,可以通过直接计算给出与基本数据经验分布函数符合得较好的概率密度函数与概率分布函数。对比研究表明,该方法给出的统计结果是可信的,具有工程实用参考价值。

大型风力机叶片在不同平均风速作用下的挠度及应力分析

利用有限元分析软件对风力机叶片在不同平均风速作用下的挠度和应力进行了分析。采用Davenport脉动风速谱模拟出不同平均风速,并计算出叶片各部位的挠度及其应力分布。计算结果表明,叶片的振动主要以挥舞振动为主,随着工作风速的增大,叶片挥舞振幅增大,叶片承受的mises应力主要集中在叶片迎风面的中部位置。该研究为风力机叶片的安全设计提供了技术参考。

基于风电场等效平均风速的风电功率日前预测研究

提出风电机组风速模型及风电场等效平均风速模型,并由此得到基于风电场等效平均风速的风电功率预测方法,与以往基于平均风速的预测方法进行工程应用效果对比,该方法较基于平均风速的预测方法在预测精度方面有明显提高,且模型简易可行,具有通用性。

梯形巷道平均风速分布特征的数值与实验研究

为实现矿井巷道内风量的准确监测,基于3D数值模型,对梯形截面巷道内平均风速的分布规律进行了数值分析,并通过实验研究对模拟结果进行对比验证,同时在不同断面尺寸及不同通风风速条件下,数值分析了梯形巷道内紊流充分发展截面上平均风速点的分布特征。结果表明:平均风速分布呈现环状连续分布,数值结果与实验结果符合良好;梯形截面上平均风速点的分布与通风风速无关,仅与巷道截面特征和参数有关;得到了梯形截面平均风速分布曲线在巷道顶部的特征方程。

近40年中国东北地区平均风速的气候变化特征分析

采用气候统计分析方法分析了东北地区1961-2000年近40年地面平均风速的气候变率、气候趋势、气候突变等气候变化特征。结果表明,东北地区近40年平均风速呈整体下降趋势,倾向率为-0.23m/(s.10a)。东北地区东北部和西南渤海海边附近风速减弱最明显。个别测站平均风速变化趋势与全区整体气候趋势不一致,呈现出周期性震荡特征。各季节风速变化均呈减弱趋势,冬、春季风速减弱比夏、秋季明显,冬、春季风速由强转弱年份比夏、秋季早5年左右。东北地区平均风速在1981年前后出现了气候跃变,由偏强转为偏弱。

基于GRU 神经网络的巷道平均风速获取研究

针对矿井智能通风系统不能及时获取风速进而影响后续通风系统解算及优化的问题,利用ANSYS巷道风速分布模拟获取神经网络所需训练集,在人工测量与风速传感器监测数据的基础上,构建基于门控循环单元(Gated Recurrent Unit)神经网络的巷道平均风速预测模型。首先,提出神经网络模型,然后采用Adam优化算法对ANSYS模拟的点风速进行异常值和归一化等预处理,通过对不同形状巷道的监测点风速进行结构化处理后用于训练神经网络,找出各点风速与平均风速之间的强非线性关系,使预测风速逼近巷道实际平均风速,最后构建基于GRU神经网络的巷道平均风速预测模型。以王家岭煤矿实测数据作为测试集,将其应用于预测模型中,结果表明GRU神经网络模型具有较高精度和较强的泛化能力,能够获取巷道平均风速。矿井通风巷道平均风速预测模型在煤矿领域的成功应用,将为其他金属矿山智能通风系统及时准确获取风速参数提供新思路。

太阳房集热墙风口平均风速测定方法研究

本文对被动式太阳房集热墙风口平均风速的测定进行了研究。通过实验室模拟风口实验,测量分析风口截面上不同风量下风口的平均风速,找出测点风速等于平均风速的分布区域,将一个风速传感器探头放在该区域测出的风速即可代表风口的平均风速。将实验结果在青藏铁路线上被动式太阳房现场进行了校核,从而实现了对被动式太阳房集热墙风口平均风速的自动监测。