障碍物对风速风向影响的观测试验

随着城市化进程的加大,测站周围障碍物的存在使风观测资料失去代表性、准确性和比较性。为定量化研究障碍物对风观测的影响,开展了河北沽源构筑物观测试验,通过对比构筑物修建前后各测点的风速风向资料,分析了障碍物对风速风向的影响。分析结果显示:1障碍物对风速的衰减作用与背景风速大小有关,风速越大,衰减作用越强;2背景风速在2~6m/s时,障碍物背风面测点风速衰减随距离增大而减小,在10倍障碍物高度距离处平均约衰减15%;背景风速大于6m/s时,背风面各测点风速衰减先增大后减小,在大约5倍障碍物高度的距离处衰减最大,10倍障碍物高度的距离处平均约衰减20%~30%;3障碍物的存在使主风向的风向频率减小,对风向的影响距离为6倍障碍物高度。     

基于CFD的单个建筑物风场模拟参数选择

运用流体力学软件FloEFD对沽源单个建筑物周围的风场进行数值模拟。通过不断改变模型中计算参数的设置进行一系列模拟试验,对比模拟试验结果,并与观测资料进行比较,分析不同计算参数对模拟结果的影响,并获得适用于该模型的最佳参数。主要研究的计算参数包括计算域高度,初始网格等级,局部初始网格等级和不同平均风速剖面形式。结果表明:计算域高度从3倍建筑物高度开始,空腔区的长度、漩涡中心位置以及再发展区的边界位置基本保持稳定。随着初始网格等级的增加,空腔区的长度、再发展区的边界位置及计算时间逐渐增大。局部初始网格等级对模拟结果影响不显著。以两种不同平均风速剖面形式进行模拟,迎风漩涡长度不同,背风面影响不大。与观测资料比较显示,最优参数组合为:计算域高度为3倍建筑物高度,初始网格等级为4、局部初始网格等级为4、平均风速剖面形式为指数律。     

风观测对障碍物距离要求的定量评估

为定量评估气象站风观测对障碍物的距离要求,通过流体力学模式(Computational Fluid Dynamics,CFD)对单体建筑物进行了敏感性试验分析,并用河北沽源构筑物观测试验对模拟结果进行了验证。结果表明:(1)按照来流风速90%进行风速影响范围评估,障碍物对风速的影响距离为迎风面上3倍建筑物高度,背风面为28.5倍建筑物高度;按风向偏差10°进行风向影响范围评估时,障碍物对风向的影响距离为迎风面1.4倍建筑物高度,背风面为6.8倍建筑物高度,侧风向为2.8倍建筑物高度,垂直方向上为4倍建筑物高度。(2)对来流风速、建筑物厚度、建筑物高度、建筑物视宽角、来流风向的敏感性分析表明,10 m风速、风向测量对障碍物距高比的要求随背景风速的增大而增大;随着建筑物厚度的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求减小;当障碍物高度6 m时,对10 m风速、风向观测影响不明显,当障碍物高度6 m时,对距高比的要求随障碍物高度的增加而减小;随着建筑物视宽角的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求增大;来流风向与建筑物呈45°时,风速影响区域增大,风向影响区域水平方向增大、侧方向减小。