基于混合域注意力机制的神经网络反演大气湍流强度

本文提出了一种基于混合域注意力机制的神经网络方法反演大气湍流强度。神经网络的输入为不同大气湍流强度下的退化图像,输出为表征大气湍流强度的折射率结构常数。混合域注意力机制由空间域和通道域双重注意力机制组成,其中空间域注意力机制用于增强退化图像中受湍流影响的区域特征,通道域注意力机制用于增强由湍流引起的颜色和纹理特征。在网络训练阶段,引入的混合域注意力机制让神经网络更专注于退化图像中与大气湍流强度相关的特征,提高了模型的精度。数值实验结果表明,本文提出的方法能够较准确地实现大气湍流强度反演。

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。

基于北京325m气象铁塔的城市冠层以上湍流强度垂直分布特征分析与推算方法评估

为了研究与风载荷密切相关的城市大气边界层湍流的垂直分布特征,利用北京325m气象铁塔的不同高度一年四季的湍流观测数据进行统计分析,重点对比分析了湍流强度剖面实测值和推算值。结果表明:采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)推荐的10m湍流强度和风廓线幂指数得到的湍流强度剖面推算值明显小于考虑了小风情况的实测值,荷载规范推荐参数不适用于发达城市边界层湍流强度剖面推算;采用实测风廓线幂指数和城市冠层内8m湍流强度实测值得到的湍流强度剖面推算值与实测值的相对误差达20%以上;采用实测风廓线幂指数和城市冠层之上的47m湍流强度实测值得到的湍流强度剖面推算值与实测值的相对误差小于9%。因此,以城市冠层之上的湍流强度实测值和实测风廓线幂指数为基础推算湍流强度剖面的方法能够得到比较接近于实测值的结果,此推算方法具有可行性与可靠性。

青藏高原草甸下垫面湍流强度相似性关系分析

利用“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验 (GAME/Tibet)” 1998年加强期 (IOP)的观测资料 ,分析研究了青藏高原草甸下垫面上的无量纲风速、温度及湿度方差相似性 ,并与HEIFE戈壁沙漠和绿洲及海洋下垫面作了比较 ,得到了一些有关青藏高原草甸下垫面上动力及热力学参数的有益的结论。

湍流强度对风电机组疲劳等效载荷的影响

风电机组疲劳载荷直接关系到风电机组的寿命与结构安全。湍流强度对风电机组载荷的影响,已有文献运用仿真的手段进行了描述,但是未见有不同湍流强度工况下的理论以及载荷实测数据分析。分析了湍流强度对风电机组机械载荷的影响,并以某1.5 MW风力发电机组载荷测试数据为例,对相同风速不同湍流强度情况下的载荷数据进行分析。基于疲劳等效载荷以及相关系数法,研究湍流强度对风力发电机组疲劳等效载荷的影响。运用GH BLADED软件,对相同风速不同湍流强度下的风电机组载荷进行仿真计算,验证湍流强度与风电机组疲劳等效载荷之间的内在相关性。测试数据与仿真结果均表明,风电机组结构部件疲劳等效载荷与湍流强度强相关,且随着湍流强度的增加,疲劳等效载荷也随之变大。

北黄海海域大气湍流强度特征及风速标准差相似性分析

根据国家海洋局＂908＂专项北黄海海区海洋气象观测资料,计算了2007-2008年间该海区4个不同季节的大气湍流强度并与其他海区及陆地下垫面大气湍流值相比较。北黄海海区大气湍流强度量级为10-2,比陆地下垫面大气湍流强度低一个量级。由于海洋的特殊性质,对秋季大气湍流强度日变化的分析发现,在大气湍流强度的影响因素中,海洋的热力作用相对较大。对水平方向风速标准差是否满足Monin-Obukhov相似关系进行了探讨,数据显示,在不稳定层结下冬季水平方向无量纲风速标准差与Z/L的关系,基本满足1/3次方律。秋冬在不稳定层结下垂直方向风速标准差满足Monin-Obukhov相似理论。

Hufnagel-Valley湍流强度廓线的高精度实时反演方法

分析了Hufnagel-Valley大气湍流模型参数反演的必要性,根据实时测量的大气相干长度和等晕角,反演该模型中的两个可调参数,并提出了改进的反演计算公式。数值仿真结果表明,改进公式弥补了原有公式在近地面湍流较弱时,不能有效反演高空风速参数的不足;适合于反演不同的湍流条件,提高了湍流强度廓线的反演精度:以两种典型的风速模型为例,改进公式反演的参数,相对误差均在0.5%以内;同时改进公式也减弱了相干长度和等晕角测量误差对反演的影响。

圆管内轴向旋转流切向速度湍流强度

采用热线风速仪(hot wire anemometry,HWA)测量了?300 mm×2000 mm圆管内轴向旋转流瞬时切向速度随时间的变化,重点分析了切向速度湍流强度的分布特点和旋转流摆动对切向速度湍流强度的影响。测量结果表明,瞬时切向速度由高频的湍流脉动速度和低频的波动速度叠加构成。由于受旋转流旋转中心偏离圆管几何中心造成的旋转流摆动的影响,在圆管中心区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较大,边壁区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较小。通过对瞬时切向速度数据进行概率密度分析可知,切向湍流强度不仅受气流脉动的影响,还受旋转流中心摆动的影响,是由自身气流脉动产生的湍流强度和旋转流摆动产生的湍流强度两部分叠加构成。旋转流摆动导致了中心区域的湍流强度远大于边壁面区域的湍流强度。

不同湍流强度下潮流能水轮机尾流特性试验研究

为探究在不同湍流强度下潮流能水轮机的尾流场流速分布和紊动特性,合理布置多机组阵列位置,通过现场模型试验探究了潮流能水轮机在两种湍流强度下的尾流场特性。结果表明:水轮机横向尾流场湍流强度和速度分布沿转轮中心线呈对称分布;水轮机后方1.5D处最大速度损失出现在转轮叶尖位置附近;水轮机后方纵向流场1.5D处,在两种湍流强度下轮毂以上位置的速度分布相似;在转轮中心后方10D位置处,低湍流强度流场速度恢复至初始流速的89.60%而高湍流度流场速度恢复至初始流场的95.22%,高湍流强度流场由于提高其流场的脉动特性而有利于尾流场速度的恢复。研究结果对多机组阵列研究具有一定借鉴意义。

初始湍流强度与耙架剪切对全尾砂絮凝行为的影响

资源绿色开采是矿业可持续发展的必然需求,随着深部井下开采技术的提高,充填采矿法已成为矿山开采领域必不可少的有效手段。全尾砂絮凝脱水作为充填采矿法的核心,以深锥浓密机探究全尾砂絮凝沉降规律是目前全尾砂浓密理论发展的前沿技术,深锥浓密过程中给料井初始湍流强度与耙架转速是影响全尾砂絮团尺寸与沉降行为的关键因素。利用自制智能连续浓密试验平台,对深锥浓密机内真实沉降环境进行模拟。结合高速摄像与粒子追踪技术,深入研究给料井内的絮团形成过程与沉降柱内的絮团沉降过程。采用MATLAB及ImageJ分析软件,研究了给料井(高度10 cm,横截面直径分别为4、5、6 cm)内初始湍流强度对絮团尺寸的影响,分析了不同剪切环境下絮团沉降行为规律。结果表明:在固体絮凝剂单耗(20 g/t)、入料浓度(10%)和固体通量(0.1~0.3 t/(h m2))一定的条件下,给料井横截面直径分别为4、5、6 cm时,对应的最大初始湍流强度分别为28.66%、25.99%、23.16%。絮团尺寸随初始湍流强度的增加而先增加后减小;当初始湍流强度为25.99%时,全尾砂絮团尺寸达到最大6.21 mm。剪切作用可加速絮团的沉降,相同条件下,耙架转速为0时,絮团沉降速度为1.23 cm/s;耙架转速为4 r/min时,絮团沉降速度为4.92 cm/s;耙架转速为8 r/min时,絮团沉降速度为3.36 cm/s。

管道中湍流强度及湍流积分尺度随时间的变化研究

采用PIV技术对垂直方形管道内喷粉过程中气流产生的管道湍流实际强度进行了测量,得到喷粉过程中气流导致的管道湍流强度和湍流积分尺度随时间的变化曲线,进而对湍流积分尺度进行了试验测量和理论计算。结果表明:喷粉结束后湍流强度在水平方向上和垂直方向上随时间的变化都符合指数衰减规律;初始阶段湍流积分尺度随时间先快速增加,500ms时(即喷粉结束的瞬间)达到最大值1.54cm,此后湍流积分尺度随时间迅速衰减,800ms后仅为0.55cm,且湍流积分尺度与湍流强度大小相关;湍流积分尺度理论计算值与试验实际测量值基本一致。该结果对定量分析湍流状态下粉尘燃烧爆炸试验具有重要的意义。

湍流强度对风力机尾迹涡结构影响的实验研究

为研究湍流强度对风力机尾迹涡结构的影响规律,利用TR-PIV(time resolved-particle image velocimetry)对水平轴风力机模型在有、无格栅4.5D(D为风轮直径)范围内的尾流信息进行采集。通过定性及定量分析对比有、无格栅时尾迹流场瞬时涡量、平均涡量及湍动能的变化规律,再现了不同入流条件下尾迹涡形成、发展和湮灭的过程及尾迹涡系间能量传递特性。分析发现:自由流4.5D范围内均可见明显叶尖涡拟序结构,其衰减速度较慢。格栅入流时随湍流强度增加流层间的强剪切及径向掺混作用增强,使叶尖涡拟序结构失稳,2.5D时拟序结构消失;涡量集中区域较自由流明显扩张,叶尖涡诱导效应影响范围增加;尾迹涡系的湍动能较自由流明显增加,随着尾迹向下游发展叶尖涡、中心涡湍动能很快衰减,附着涡区湍动能却明显增强;附着涡区不再是隔离带,而是叶尖涡和中心涡的能量输送带,从而促进尾迹恢复。

湍流强度对风电机组测量功率曲线的影响及修正

通过分析湍流强度对风电机组输出功率统计曲线的影响,提出风电机组输出功率统计曲线的湍流强度修正方法。与按IEC标准对测试机组数据统计方法所得的结果相比,采用该文所提出的修正方法比标准统计方法所得结果的不确定度更低,可更准确反映机组实际运行状态,为机组的正常维护、运行优化及风电场建设前期发电量估算提供可靠的依据。

气固两相流中气体湍流强度的研究

在气固两相流的流体相湍流模型中计入颗粒尾迹影响，采用低雷诺数模型，对竖直上升管中气固两相流动进行了数值模拟，较好地揭示了流体相湍流强度随颗粒大小、体积浓度变化的规律．

利用激光雷达测量湍流强度廓线的研究

介绍了一种新颖的利用激光雷达测量湍流廓线的原理,通过对经过分层大气湍流的光束波面误差的测量,获取各分层大气湍流的相干长度,据此利用一定的算法反演湍流强度廓线。通过大量的实验,验证了通过测量波面误差获得大气折射率结构常数这种方法的可行性．提出了在一定近似条件下利用平面波积分方程的递推算法反演大气折射率结构常数,获得了较为满意的相似度,并且与球面波算法进行了比较,分析了各自的反演效果。

粤东复杂地形上空的大气湍流强度及扩散参数

在具有复杂下垫面的粤东梅州市采用追踪平衡球的双经纬仪观测和美制ＧＩＬＬ三轴风速仪观测，分别测定了该地区拉格朗日系统和欧拉系统的湍流脉动量。然后用不同参照系的泰勒公式，分别计算出大气的水平和垂直的湍流强度及扩散参数，并与ＰＧ法之计算值和ＢＮＬ实验结果比较，发现距地面１００ｍ以上高空在各类稳定度层结条件下大气扩散参数均比ＰＧ值和ＢＮＬ值偏大。

湍流强度对水平轴风力机尾迹速度恢复影响机理的实验研究

为研究湍流强度对风力机尾流速度恢复的影响,采用高频PIV对均匀来流和格栅入流时风力机下游尾流数据进行采集。通过对比轴向速度、径向速度及雷诺剪切应力发现:均匀来流时轴向速度分层现象明显;叶尖涡将主流卷吸进入尾流区,但无法穿透附着涡区,附着涡相当于一个隔离带;雷诺剪切应力集中在叶尖涡和中心涡区,附着涡区基本为零。格栅入流时下游2.5倍风轮直径处尾流与主流基本融合,主流径向掺混从叶尖涡穿过附着涡渗透到中心涡区;剪切应力在中心涡和叶尖涡区明显增大,附着涡区存在正的峰值,且附着涡区成为叶尖涡和中心涡区的一个动量输送带。相关结论可为风电场优化布局提供指导,有助于揭示湍流强度影响风力机出力和速度亏损的原因。

气流速度和湍流强度随时间变化的PIV测量

通过使用粒子图像测速法(PIV)测量手段,对垂直方形管道内喷粉过程中产生的气流速度和湍流强度进行了测量,并对测量数据进行了分析讨论。通过计算得到了气流速度和湍流强度随时间的变化曲线。结果表明,管道中气流平均速度在喷粉结束之前与时间基本成线性增加。喷粉结束后,气流平均速度急剧减小。水平方向和垂直方向的湍流强度在喷粉结束后0～350 ms内均成负指数衰减,350 ms后管道中湍流强度随时间变化较小。

宾汉流体物性参数对湍流强度影响的研究

考虑宾汉流体本构关系的特点，建立了适用于宾汉流体的修正动量方程和Ｋτ－ετ模型方程。采用压力耦合半隐式ＳＩＭＰＬＥ算法，通过流场的数值计算研究，指出了宾汉流体本身的物性参数（如屈服应力、塑性粘度）对其湍流强度有着重要影响。

湍流强度对水平轴风力机气动性能的影响

为了研究水平轴风力机气动性能随湍流强度的影响,基于CFD软件对不同来流风速工况下的33kW水平轴风力机风轮模型进行三维数值模拟,对比分析风力机在湍流强度I为0.1%、14%、25%时的气动性能。结果表明:随着来流湍流强度的增加,水平轴风力机叶片表面压差会有一定程度的减小,从而导致风力机风轮转矩减小,风力机风能利用效率明显降低。