【摘要】：近地層內的空氣運動是一種隨機的湍流運動,在研究其湍流特性時,通常將空間一點的風速看做是由平均風和脈動風兩部分組成,其中平均風速的值不隨時間發(fā)生變化,脈動風則反映了大氣邊界層的湍流特性,其數(shù)值和方向隨時間而隨機變化,周期只有幾秒到幾十秒。因此準確、高效的模擬滿足指定特性的脈動風場是研究大氣湍流運動的基礎。本文模擬了近地層內的隨機脈動風場,主要研究內容如下:首先,對近地層內風場的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀進行了總結,介紹了近地層內風場的基本特性,將脈動風看做是平穩(wěn)高斯隨機過程,分別以線性濾波法、諧波疊加法和逆傅里葉變換法編制了模擬程序,模擬空間單點的順風向和豎風向脈動風速,對比了目標功率譜與模擬功率譜的吻合程度,計算了二者之間的偏差以及時間相隔為0 s時的自相關函數(shù)。結果表明模擬功率譜與目標功率譜之間的吻合程度較好,偏差較小,說明上述三種模擬方法行之有效。其次,分析三種模擬方法的優(yōu)缺點,選擇線性濾波法模擬空間多點相關的脈動風速,依據(jù)基本算法編制計算程序,基于目標功率譜模擬近地層內10m及以下多點的順風向和豎風向脈動風速。從模擬所得結果來看:線性濾波法模擬的空間多點脈動風速隨機性較好,模擬功率譜和目標功率譜之間吻合度較高,由計算得到的互相關函數(shù)可以看出,相鄰點的相干性較強,相距越遠,相干性越弱,結果滿足空間相關性檢驗。最后,依據(jù)模擬結果,計算了各模擬點的順風向湍流強度以及湍流積分尺度,并擬合出它們隨距離地面高度和地面粗糙度變化的關系式。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P425.2

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