下击暴流非平稳脉动风速数值模拟.pdf

振　动　与　冲　击 第３３卷第１４期 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１４ ２０１４　  下击暴流非平稳脉动风速数值模拟 李锦华，吴春鹏，陈水生 （华东交通大学 土木建筑学院，南昌　３３００１３） 　　摘　要：针对大气边界层近地风不同、下击暴流平均风速具有明显时变性及脉动风速具有较强非平稳特征，通过 Ｋａｉｍａｌ非均匀调制函数的建立方法，获得Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ调制函数、Ｓｉｍｉｕ调制函数、Ｈａｒｒｉｓ调制函数，为有效实现非平稳脉动 风速模拟提供首要条件；考虑自回归ＡＲ模型时变性，建立非平稳随机过程ＴＡＲ时变模型，为实现非平稳脉动风速模拟 提供有效方法；考虑下击暴流平均风速时变特征，对下击暴流非平稳脉动风速进行模拟。结果表明，模拟的下击暴流非平 稳脉动风速相关性随不同位置间距增大而减弱，振幅随时变平均风速增大而增大，与实际风场特性吻合，表明非均匀调制 函数有效；功率谱时变特征明显，与目标时变谱时变特征吻合，且样本统计平均功率谱、相关函数与目标均吻合，表明下击 暴流非平稳脉动风速模拟方法有效。 关键词：下击暴流；非平稳；脉动风速；数值模拟；时变平均风速 中图分类号：ＴＵ ３１１　　　文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３４６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｖｓ．２０１４．１４．０１０ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｄｏｗｎｂｕｒｓｔ ＬＩＪｉｎｈｕａ，ＷＵＣｈｕｎｐｅｎｇ，ＣＨＥＮＳｈｕｉｓｈｅｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＣｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ ＣｈｉｎａＪｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００１３，Ｃｈｉｎａ） 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒｗｉｎｄ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆｄｏｗｎｂｕｒｓｔ ｈａｓｏｂｓｅｒｖａｂｌｅ ｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｄｏｗｎｂｕｒｓｔ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｔｈｅｏｒｙ，ｆｏｒ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｗｉｎｄ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ．Ｔｏ ｄｏ ｔｈｉｓ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃｒｅａｔｅ Ｋａｉｍａｌ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｏｔｈｅｒ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒａ，ｓｕｃｈ ａｓ Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ，Ｓｉｍｉｕ ａｎｄ Ｈａｒｒｉｓ， ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｗｉｎｄ．Ｔｈｅｎ，ｆｏｕｎｄｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ （ＡＲ） ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ，ａ ｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇ ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ （ＴＡＲ