环境风作用下边界层内速度分布风洞试验研究

王树鑫，李陆军，赵顺安，黄春花

（1.华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450045；2.中国水利水电科学研究院 水力学研究所，北京 100038）

1 研究背景

近地面的流场与我们的生活息息相关，如工农业生产、城市群形成的局部大气辐射、环境保护等。当大气流过近地面的田野、乡村、丛林、山川和城镇时，地面摩擦使风运动产生阻力，气流以梯度风速流动，当超过一定高度时，地面摩擦对风速的影响可以忽略，此时对应的高度为大气边界层高度。目前人们居住及使用的大部分建筑物都处于大气边界层内，大气边界层的特性主要包括四个方面：平均剖面流速、湍流度、脉动风速功率谱和湍流积分尺度。而其他风特性参数，例如阵风因子、Reynolds应力和空间的相关函数等可作为关键特性的补充［1］。风洞试验必须按照建筑物所处环境模拟风速梯度随高度的变化规律。为全面研究各类地形地貌风速梯度随高度的变化规律，国内外学者对其展开了大量研究，其中较为典型的有Counlihan等［2-3］初步提出了模拟城市与乡村地貌的方法；白景峰［4］利用尖劈和粗糙元对靠近海洋的港口和附近建筑物较为稀疏的地貌成功进行了模拟；施宗城［5］给出了风洞试验中模拟大气边界层流场的实践经验；Sill［6-8］等集中分析了立方体粗糙元的尺寸、排列方式和粗糙度的关系；Asanuma［9］等利用无线探测仪得到缓缓起伏地域上方的风速剖面和湿度剖面；陈波［10］通过风洞试验研究了地貌类型和建筑物平面长宽比对平屋面建筑平均风压系数、均方根风压系数、极值风压系数、屋面平均升力系数的影响规律；……