基于近地观测的台风脉动风速谱研究

论文摘要

随着结构向高、轻、柔的方向发展,风荷载越来越成为结构的控制荷载,因此我们有必要了解掌握城市近地面层风的特性及其变化规律。现行结构抗风设计规范中的风特性是根据季候风的观测结果得到的,但是台风特性与季候风特性有很大的差别,所以用现行规范来指导台风影响区结构抗风设计是不合理的。风速谱是脉动风速能量随频率变化的分布,是最重要的一个脉动风特性,本文利用地王大厦楼顶的六次台风过程风特性观测数据,研究了台风脉动风速谱特性。全文共分四章,具体如下:第一章是绪论。主要介绍了本文的研究背景、目的、意义及国内外的研究现状,并给出了本文的主要研究内容。第二章是近地实测数据来源和脉动风特性。主要给出了数据获取所用到的仪器、观测地点和台风过程,并给出了基于风观测数据的风特性计算方法。第三章是实测脉动风速谱与经验谱的对比研究。研究了非平稳风速矢量中坏点的判别准则、坏点和野点修正方法及如何选取样本。分析了台风过程中的脉动风速谱特性,并与Davenport谱、Von-Karman谱和Kaimal谱作为比较,研究发现在台风过程中与Von-Karman谱在低频区吻合较好,而在高频区却是与Davenport谱吻合较好,同时还验证了脉动风速谱的-2/3次律。第四章是基于实测数据的台风脉动风速谱研究。采用了三种方法对风速谱进行研究,第一种是基于风速谱拟合的方法;第二种是基于Davenport研究风速谱的方法,在此种方法中还研究了脉动风速谱与高度的关系、脉动风速谱的特征、一般表达形式;第三种方法是基于莫宁坐标定义的风速谱研究,通过对湍流积分尺度的求解,采用经验公式来代替莫宁坐标中的积分尺度,从而全新定义了莫宁坐标同时计算了风速谱的一般表达形式。最后给出了本文的主要结论和相关研究工作的展望

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 风特性观测研究国内外发展现状
• 1.3.1 国外发展状况
• 1.3.2 国内发展状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 台风近地实测数据来源与脉动风特性
• 2.1 引言
• 2.2 观测设备
• 2.2.1 YOUNG81000 超声风速仪
• 2.2.2 Gill WindMaster Pro超声风速仪
• 2.2.3 YOUNG05106L螺旋桨风速仪
• 2.3 观测位置
• 2.4 台风过程
• 2.4.1 台风Imbudo
• 2.4.2 台风Kompasu
• 2.4.3 台风Chanzhu
• 2.4.4 台风Dujuan
• 2.4.5 台风Sanvu
• 2.4.6 台风Sally
• 2.5 脉动风特性
• 2.5.1 平均风速和风向
• 2.5.2 湍流强度和阵风因子
• 2.5.3 湍流积分长度
• 2.5.4 脉动风速谱
• 2.6 本章小结
• 第3章 实测脉动风速谱与经验谱的对比研究
• 3.1 引言
• 3.2 数据处理
• 3.2.1 数据坏点的判别准则
• 3.2.2 数据处理方法
• 3.3 风速数据样本的选取
• 3.3.1 数据预处理
• 3.3.2 风速样本选取
• 3.4 脉动风速谱分析及与经验谱的对比
• -2/3 次率验证'>3.5 惯性子区f^-2/3次率验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于实测数据的脉动风速谱研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于风谱拟合的脉动风速谱研究
• 4.2.1 脉动风速谱拟合原理
• 4.2.2 脉动风速谱拟合函数形式
• 4.2.3 Von-Karman谱拟合
• 4.2.4 Kaimal谱拟合
• 4.2.5 Panofsky谱拟合
• 4.2.6 Lumeley-Panofsky谱拟合
• 4.3 基于 Davenport 法的纵向风速谱研究
• 4.3.1 脉动风速谱与高度的关系
• 4.3.2 风谱理论研究
• 4.4 基于莫宁坐标改变的纵向风速谱研究
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢