雷暴冲击风模拟及其荷载的风洞试验研究

为了研究在突变气流作用下结构的空气动力特性,介绍了利用主动控制风洞模拟突变气流的试验研究。首先通过该风洞模拟出了雷暴冲击风阵风剖面;然后,采用"阶跃流法"模拟了风速突变的时程;最后将高层结构模型置于该突变气流中,观测在特殊气流中结构表面风压以及结构空气动力学参数的变化特征。试验结果表明,利用主动控制风洞模拟出的雷暴冲击风阵风剖面同理论的相似性达到90%以上,突变气流会使高层结构整体产生较大的非定常升力,并且在结构表面产生较大的非定常风压。

主动来流模拟技术试验研究

随着现代大跨度桥梁不断向长大化方向发展,风荷载作用越来越突出,风洞试验作为研究的最重要手段需要精细化,以准确模拟自然风特性。本文在充分调研基础上,进行主动来流模拟技术研究,基于主动控制风洞,制作主动振动机翼,调整不同来流的能量分配,实现了多点来流风速与气动力分量等试验数据实时同步采集,提出空间同步转换法,解决了试验模型处流场真实状况准确测试问题,充分模拟多项气动力,为更加精细化分析提供有效的方法和手段。利用主来流模拟技术,通过数值分析,从理论上对窄带谱、宽带谱来流的空间相关性进行研究,分析解释了部分典型气动力现象,得到有意义结论,为深入研究提供参考资料。

雷暴风作用下流线型箱梁抖振力空间相关性时变特性试验

为了研究雷暴风作用下流线型箱梁断面抖振力空间相关性的时变特性,通过多风扇主动控制风洞开展雷暴风物理模拟和刚性节段模型测压试验。基于Priestley经典谱估计理论分析了非平稳脉动风和抖振力的时变相干函数,在此基础上,借鉴Jakobson研究成果提出了时变相干函数模型。最后,深入研究了紊流积分尺度时变特性对于抖振力空间相关性的影响,通过引入紊流三维效应因子的概念,揭示了雷暴风作用下流线型箱梁紊流三维效应的时变特征和作用机理。结果表明:雷暴风的时变积分尺度是影响流线型箱梁断面抖振力空间相关性时变特征的控制因素,由于该参数的引入,时变相干函数模型能够较好地描述非平稳抖振力的时变相关性;同时,当雷暴风在时变风速快速突变时,抖振升力的紊流三维效应时变特征明显,其变化趋势与积分尺度的时变规律相反,且存在一定的迟滞现象,其原因可能为风速突变产生的漩涡瞬态畸变效应导致。

Experimental Study of Improved HAWT Performance in Simulated Natural Wind by an Active Controlled Multi-Fan Wind Tunnel

The effects of turbulent intensity and vortex scale of simulated natural wind on performance of a horizontal axis wind turbine(HAWT) are mainly investigated in this paper. In particular, the unsteadiness and turbulence of wind in Japan are stronger than ones in Europe and North America in general. Hence, Japanese engineers should take account of the velocity unsteadiness of natural wind at installed open-air location to design a higher performance wind turbine. Using the originally designed five wind turbines on the basis of NACA and MEL blades, the dependencies of the wind frequency and vortex scale of the simulated natural wind are presented. As the results, the power coefficient of the newly designed MEL3-type rotor in the simulated natural wind is 130% larger than one in steady wind.