随机脉动风场的数值模拟

发布时间：2020-03-29 09:07

【摘要】：近地层内的空气运动是一种随机的湍流运动,在研究其湍流特性时,通常将空间一点的风速看做是由平均风和脉动风两部分组成,其中平均风速的值不随时间发生变化,脉动风则反映了大气边界层的湍流特性,其数值和方向随时间而随机变化,周期只有几秒到几十秒。因此准确、高效的模拟满足指定特性的脉动风场是研究大气湍流运动的基础。本文模拟了近地层内的随机脉动风场,主要研究内容如下:首先,对近地层内风场的数值模拟研究现状进行了总结,介绍了近地层内风场的基本特性,将脉动风看做是平稳高斯随机过程,分别以线性滤波法、谐波叠加法和逆傅里叶变换法编制了模拟程序,模拟空间单点的顺风向和竖风向脉动风速,对比了目标功率谱与模拟功率谱的吻合程度,计算了二者之间的偏差以及时间相隔为0 s时的自相关函数。结果表明模拟功率谱与目标功率谱之间的吻合程度较好,偏差较小,说明上述三种模拟方法行之有效。其次,分析三种模拟方法的优缺点,选择线性滤波法模拟空间多点相关的脉动风速,依据基本算法编制计算程序,基于目标功率谱模拟近地层内10m及以下多点的顺风向和竖风向脉动风速。从模拟所得结果来看:线性滤波法模拟的空间多点脉动风速随机性较好,模拟功率谱和目标功率谱之间吻合度较高,由计算得到的互相关函数可以看出,相邻点的相干性较强,相距越远,相干性越弱,结果满足空间相关性检验。最后,依据模拟结果,计算了各模拟点的顺风向湍流强度以及湍流积分尺度,并拟合出它们随距离地面高度和地面粗糙度变化的关系式。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P425.2

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本文编号：2605766