發(fā)布時間：2020-03-29 09:07

【摘要】：近地層內(nèi)的空氣運動是一種隨機(jī)的湍流運動,在研究其湍流特性時,通常將空間一點的風(fēng)速看做是由平均風(fēng)和脈動風(fēng)兩部分組成,其中平均風(fēng)速的值不隨時間發(fā)生變化,脈動風(fēng)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(jī)變化,周期只有幾秒到幾十秒。因此準(zhǔn)確、高效的模擬滿足指定特性的脈動風(fēng)場是研究大氣湍流運動的基礎(chǔ)。本文模擬了近地層內(nèi)的隨機(jī)脈動風(fēng)場,主要研究內(nèi)容如下:首先,對近地層內(nèi)風(fēng)場的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié),介紹了近地層內(nèi)風(fēng)場的基本特性,將脈動風(fēng)看做是平穩(wěn)高斯隨機(jī)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(fēng)向和豎風(fēng)向脈動風(fēng)速,對比了目標(biāo)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(guān)函數(shù)。結(jié)果表明模擬功率譜與目標(biāo)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(guān)的脈動風(fēng)速,依據(jù)基本算法編制計算程序,基于目標(biāo)功率譜模擬近地層內(nèi)10m及以下多點的順風(fēng)向和豎風(fēng)向脈動風(fēng)速。從模擬所得結(jié)果來看:線性濾波法模擬的空間多點脈動風(fēng)速隨機(jī)性較好,模擬功率譜和目標(biāo)功率譜之間吻合度較高,由計算得到的互相關(guān)函數(shù)可以看出,相鄰點的相干性較強(qiáng),相距越遠(yuǎn),相干性越弱,結(jié)果滿足空間相關(guān)性檢驗。最后,依據(jù)模擬結(jié)果,計算了各模擬點的順風(fēng)向湍流強(qiáng)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(guān)系式。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P425.2

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本文編號：2605766