第五章：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
≈20°
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
U1(z1)
0
10
20
30
40
U2(z2)
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
A 类：z0=0.01 u*=1.213m/s HG=300m B 类：z0=0.05 u*=1.412m/s HG=350m C 类：z0=0.30 u*=1.737m/s HG=400m D 类：z0=1.00 u*=2.011m/s HG=450m
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.1 大气边界层概述
对流层的结构
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.1 大气边界层概述
¾ 自由大气层
z 地面阻滞影响可忽略 z 风速与高度无关 z 风向与等压线一致 z 在低、高压区 @ 曲线等压线 @ 定常风由气压梯度力、地转偏向力和离心力的平衡条件确定 Æ 梯度风速：UG z 远离低、高压区的气象系统 @ 近似直线等压线 @ 定常风由气压梯度力、地转偏向力平
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.3. 紊流度
¾ 紊流度（或紊流强度）是大气紊流的一个最简单的描述
符，也是风速脉动强度的一个指标
¾ 绝对紊流度就是风速脉动的标准差σu 、σv、σw ¾ 习惯上所说的紊流度是指相对紊流度，定义为风速脉动
的标准差与平均风速之比，即：
¾ 不同的平均风时距可导致不同的平均风速 ¾ 各种典型时距与10min时距对应的平均风速之比的统计值
时距 1h 10min 5min 2min 1min 1.00 1.07 1.16 1.20 30s 1.26 20s 1.28 10s 1.35 5s 1.39 <3s 1.50
统计比值 0.94
结构抗风试验
Iu ( z) = σ u ( z) U ( z) Iv ( z) = σ v ( z) U ( z) I w ( z) = σ w ( z) U ( z)
¾ σu 、σv、σw 在地面附近较大，随高度增加而逐渐减小，
在梯度风高度处减为零
定常风向 低压 P（气压梯度力） 高压 Fc（最终地转偏向力）
衡条件确定 Æ 地转风速 ：Ugeo
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.1 大气边界层概述
¾ 大气边界层
z 地面阻滞影响
Æ 风速随高度下降而下降， 地面附近为0
z 风速由气压梯度力、地转偏向力、
离心力和摩擦力的平衡条件确定
300 250 200 150 100 50 0 0
z1 U1(z1) U2(z2) z2
10
20
30
40
50
U (Z)
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 不同地貌类别的平均风剖面及风速换算（续）
z (m)
¾ 对数律
u*2 ln ⎡ ( z2 − zd 2 ) z02 ⎤ ⎣ ⎦ U 2 ( z2 ) = U1 ( z1 ) u*1 ln ⎡ ⎣( z1 − zd 1 ) z01 ⎤ ⎦
z 其中，梯度风高度按下式计算：
H G = u* (6 f c )
z fc＝2Ω sinφ，为科里奥利斯参数
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 地貌类别
¾ 我国规范对地貌（地表粗糙度）的分类
类别 A B C D 地貌状况 近海海面和小海岛、开阔水面、海岸、湖 岸、沙漠地区 田野、乡村、平坦开阔地、丛林、房屋比 较稀疏的乡镇和城市郊区等地区 树木及低层建筑等密集地区、中高层建筑 稀疏地区、平缓地丘陵地 中高层建筑密集地区、起伏较大的丘陵地 粗糙高 梯度风高 粗糙度 度z0(m) 度HG(m) 指数α 0.01 0.05 0.3 1.0 300 350 400 450 0.12 0.16 0.22 0.30
第五章内容
5.1：大气边界层概述 5.2：大气边界层风特性 5.3：风洞试验中的风速测量 5.4：大气边界层模拟的相似准则 5.5：紊流场的被动模拟技术 5.6：紊流场的主动模拟技术
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.1 大气边界层概述
地球大气层 ¾ 厚约1000km
z 对流层：0~10km @ @ @ @
0.844 0.958
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 幂函数律－对数律比较
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
A 类：HG=300m, UG=50m/s:
幂函数律 α= 0.12 对数律 z0=0.01
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（廓线） 幂函数律
¾ 幂函数律是历史上最早被用来
描述水平均一地貌上的平均风 剖面的函数形式：
U ( z ) = U r ( z zr ) = U G ( z H G )
α α
z α — 幂函数指数，常被称为地表粗糙度指数，
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 对数律（续）
¾ 只考虑了地表粗糙高度，而没有考虑大气边界层高度 ¾ 只适用于100m以下的近地大气边界层 ¾ 实测结果显示：如果用于计算100m以上高度的平均风速，
将会得到偏保守的结果
¾ 可以适用于300m高度的修正公式：
2 3 4 ⎡ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ z − zd z − zd z − zd z − zd z − zd ⎤ u* U ( z ) = ⎢ln + 5.75 − 1.88 ⎜ ⎟ −1.33 ⎜ ⎟ + 0.25 ⎜ ⎟ ⎥ k ⎢ z0 HG H H H ⎝ G ⎠ ⎝ G ⎠ ⎝ G ⎠ ⎥ ⎣ ⎦
z2
z1
50
U (z)
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 不同地貌类别的平均风剖面及风速换算（续）
各种z02对应的与z01＝0.07m对应的之间的比值
z02
u*2/u*1
0.005 0.83
0.01
0.05
0.07 1.00
0.30 1.15
1.00 1.33
2.50 1.46
假设在整个梯度风高度内保持不变 z zr — 这里为参考高度，一般取10m，或取HG
z Ur —为在参考高度zr处的风速，即参考风速 z UG—为梯度风高度HG处的风速，即梯度风速
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 幂函数律（续）
U (Z)
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.2 阵风因子
¾ 阵风风速（瞬时风速）Ug：平均时距小于3s的平均风速 ¾ 阵风因子：
Gv = U g U
¾ 阵风因子是一个反映风速阵性程度的参数，影响大小的因
素有许多：
z 平均风速的时距越短，平均风速越大，阵风因子越小 z 天气过程变化越剧烈，阵风因子越大 z 雷暴大风的阵风因子最大，热带风暴次之，寒潮大风（冷空气）最小 z 地表越粗糙阵风因子越大 z 离地越近阵风因子越大 z 平均风速越小阵风因子越大
增热主要是依靠吸收地面长波辐射 温度随高度以约0.65°C/100m递减 在一定条件下，局部会出现“逆温”现象 存在强烈对流（竖向运动）
z 平流层：10~50km @ 气温一般随高度的增加而增加 @ 空气几乎是水平流动 z 中间层：50~85km @ 气温随高度急剧下降，空气稀薄、静止 z 热层：>85km @ 太阳短波辐射使气温随高度急剧增加，最高可达2000°C @ 空气极其稀薄、静止
u*=1.213m/s
0
10
20
30
40
50
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
B 类：HG=350m, UG=50m/s:
幂函数律 α= 0.16 对数律 z0=0.05
u*=1.412m/s
Z (m)
Z (m)
0
10
20
30
40
50
U (Z)
A 类： α=0.12, HG=300m B 类： α=0.16, HG=350m C 类： α=0.22, HG=400m D 类： α=0.30, HG=450m
⎛ H G1 ⎞ ⎛ z2 ⎞ U 2 ( z2 ) = U1 ( z1 ) ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ z H ⎝ 1 ⎠ ⎝ G2 ⎠
α1
α2
U (Z)
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 幂函数律－对数律比较（续）
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
C 类：HG=400m, UG=50m/s:
大气边界层模拟风洞研究综述
（结构动力试验论文）大气边界层模拟风洞研究综述Performance of Simulation of Atmospheric BoundaryLayer in Wind Tunnels学生姓名：指导教师：学院：专业班级：大气边界层模拟风洞研究综述姓名（大学学院）摘要：本文介绍了大气边界层风洞的发展过程和模拟方法。
大气边界层的模拟方法主要有主动模拟方法和被动模拟方法，前者包括多风扇风洞技术与振动尖塔技术，后者采用尖劈、粗糙元、挡板、格栅等装置进行模拟。
被动模拟技术较为经济、简便，所以得到了广泛采用。
关键词：风洞；大气边界层；主动模拟；被动模拟.Performance of Simulation of Atmospheric Boundary Layerin Wind TunnelsNAME(University)Abstract：In this paper , the simulation of atmospheric boundary layer are introducted from the history of the development and the methods of the technology. The methods of atmospheric boundary layer simulation contain active simulation and passive simulation. The active simulation mainly include multiple fans wind tunnel technology and vibratile spire technology. The equipments of the passive simulation main include spire, roughness element, apron and gridiron. The passive simulation technology is simple and economical, so it has been widely used.Key words：wind tunnel; atmospheric boundary lay er; active simulation; passive simulation.一、引言1940年，美国塔科马悬索桥由于风致振动而破坏的风毁事故,首次使科学家和工程师们认识到了风的动力作用的巨大威力[1]。
大气边界层风特性
第二部分大气边界层风特性一、基本概念1．太阳对地球大气辐射加热不均匀产生压力梯度，使得空气相对于地表的运动而产生风。
太阳辐射在赤道处最强，在两极处最弱，伴以地球的辐射，产生温度差，进一步导致大气压力差。
这一压差是不稳定的。
在压力梯度作用下，空气加速流动，形成风。
2．在地球的温带地区，较强风的发生主要指大型气候和经常发生的非热带风暴，这种天气系统的大小一般为1500公里，发生频率大约为4天~一周。
在大西洋沿岸，中国沿海地区、日本东南沿海地区和其他太平洋地区，经常发生热带气旋（“热带风暴”、“台风”或“飓风”的总称），特别在台风级风暴发生时，这些地区会经历非常强烈的风暴。
这一天气系统的大小一般为300~500公里。
热带气旋内的风速，以近中心最大。
国际上以近中心最大风速作为分类标准：7级风（13.9~17.1m/s）以下时，叫“热带低压”；8~11级风速（17.2~32.6m/s）时叫“热带风暴”；12级及以上风速叫“台风”（东亚）或“飓风”（西印度群岛和大西洋一带）。
对整个地球来说，这种风暴发生的频率大约100次/年。
台风气候的统计更困难：发生概率小；范围小；风经常将风速仪吹坏，等等。
（西北利亚的布冷风——Buran）3．上海地区的风气候一般和两种大气现象有关。
即非台风气候和台风气候。
4. 大气边界层风的基本构成（图示）梯度风、梯度风高度平均风+脉动风（x，y，z三个方向）二、平均风特性1. 平均风a ． 平均风速随统计时距的长短而变化时距要有一定的长度，以保证风速的非平稳性以充分衰减以及结构能出现稳定响应；时距不能太长，以保证平均的结果能反映阵风性质。
Davenport 建议10~15分钟为最合适的时距。
目前，多数国家采用10分钟为平均风速的时距。
（美国最近改为3秒平均）b ．平均风速随高度而变化● 由于地表障碍物的作用而造成。
● 在离地表一定高度以上，平均风速沿高度没有变化。
这一高度称为梯度风高度，梯度风高度以上的风速称为梯度风速。
大气边界层的风洞模拟
大气边界层的风洞模拟
王兆印
【期刊名称】《实验力学》
【年(卷),期】1998(13)3
【摘要】本文通过比较大气边界层与不同比尺的模型实验，研究了风洞模型实验
中的比尺效应。
结果表明，大气边界层粗糙高度的比尺应当和边界层厚度比尺相等。
边界层厚度的比尺在２００～４００之间时可以得到最好的速度分布的相似性，表面压强分布主要依赖于边界层比尺而与建筑物几何比尺关系不大。
如果正确选择了粗糙高度比尺，扩散系数比尺和边界层厚度比尺相同。
【总页数】11页(P283-293)
【关键词】大气边界层;风洞模型;比尺效应;粗糙高度
【作者】王兆印
【作者单位】国际泥沙研究培训中心
【正文语种】中文
【中图分类】P433
【相关文献】
1.大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究 [J], 贺林;王军;Demetri Bouris
2.大气边界层流场的模拟与大气边界层风洞 [J], 黄东群;马健
3.TJ-2风洞大气边界层风场数值模拟 [J], 雷文治;吉柏锋
4.下击暴流出流段非稳态风场的大气边界层风洞模拟 [J], 钟永力;晏致涛;李妍;杨
小刚;蒋森
5.海上采油平台锚泊状态和拖航状态海面上大气边界层模拟以及海面表层中海流模拟的风洞试验 [J], 施宗城;张大春
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大气边界层风场特征模拟与分析研究
大气边界层风场特征模拟与分析研究在大气科学领域中，大气边界层是指地球表面与上层大气之间的过渡层，对于气象预测、空气质量评估等领域具有重要意义。
而其中的风场特征是其研究的重点之一。
本文将探讨大气边界层风场特征的模拟与分析方法。
一、背景介绍大气边界层的风场特征是受多种因素综合影响的，在不同的地理环境中表现出差异性。
由于大气边界层风场的复杂性，为了更好地理解和模拟其特征，研究者们提出了不同的方法和技术。
二、数值模拟方法数值模拟方法是研究大气边界层风场特征的常用手段之一。
该方法通过数学模型和计算机算法来模拟大气边界层风场的演变过程。
常见的数值模拟方法包括气象模式、雷达回波模拟等。
1. 气象模式气象模式是通过一系列参数和方程来描述大气运动、能量传递和物质运输的数值模型。
通过运行气象模式，可以模拟大气边界层的风场特征。
常用的气象模式包括欧洲中期天气预报中心的欧洲中期天气预报模式（ECMWF）、美国国家环境预报中心的全球预报系统（GFS）等。
2. 雷达回波模拟雷达回波模拟是利用雷达回波数据和数学模型，通过计算和推算得到大气边界层的风场信息。
通过分析雷达回波的特征，可以获取大气边界层风场的分布和运动情况。
三、实测资料分析方法除了数值模拟方法外，实测资料的分析也是研究大气边界层风场特征的重要手段之一。
通过各种地面、航空、卫星观测站点所获取的实测数据，可以对大气边界层的风场特征进行分析。
1. 地面观测站点地面观测站点是通过建立气象观测站网络，采集并记录大气各种要素的实测资料。
通过对地面观测站点资料的分析，可以得到不同地理环境中大气边界层风场的特征。
2. 航空观测资料航空观测资料是通过飞机或无人机等航空平台所采集的数据。
通过对航空观测资料的分析，可以获取大气边界层风场在垂直方向上的变化情况，进而揭示其垂直结构特征。
3. 卫星观测资料卫星观测资料是通过卫星对地球表面进行遥感探测所获取的数据。
卫星观测资料具有广覆盖区域、高时空分辨率的特点，通过对卫星观测资料的分析，可以更全面地认识大气边界层风场特征。
大气边界层风的特性
时 间 特 性
平均风日变化 平均风月变化 平均风随季度变化
平均风时间特性
平均风速日变化
平均风时间特性
平均风速月变化
平均风速季度变化
平均风时间特性
通常在北半球中高纬度大陆地区，由 于冬季有利于高压生成，夏季有利于低压 生成。因此，冬季平均风速要大一些，夏 季平均风速要小一些。 我国大部分地区，最大风速多在春季 的三、四月，而最小风速则多在夏季的七、 八月份。
平均风向
风玫瑰图
脉动风特性
表征风的脉动分量的参数有（紊流 度）、（紊流积分尺度）、（脉动速度的 功率谱与互谱）等等
脉动风特性
紊流度
紊流度剖面
脉动风特性
紊流积分尺度
脉动风特性
脉动风速谱
脉动风速谱（风谱）： 描述的是紊流运动能量随频率的分 布情况，或者说不同尺寸旋涡的运动对 风速脉动的贡献程度。
平均风空间特性
平均风剖面（廓线）—离地高度特性
边界层内的风速随高度增加而增大， 风剖面的表示可采用对数律函数或指数律 函数表示。
平均风空间特性
一、对数律
1 * z v z v ln k z0
v z v* k , k 0.40 z0 z , z z zd
1、大气边界层 2、边界层自然风 3、平均风特性 4、脉动风特性
大气边界层
1000~1500
大气边界层 大气边界层的厚度通常从几百米到几公里。
0.15
450
550自然风Fra bibliotek自然风实测记录
自然风
瞬时风速 = +
平均风速
脉动风速
基本风速：
开阔平坦地面 离地10米高 100年重现期10分钟。
第五章大气边界层
湍流重要理论
• 普朗特混合场理论的基本思想是把湍流输送量用平均量来 表示，这种方法称为湍流半经验理论和湍流参数化方法。 作了如下假设 1.和分子一样，湍流在运动的起始高度上具有该高度上的平 均物理属性； 2.在湍流运动中存在一个混合长L’，湍流移动一个混合长后 才与四周混合，在此之前具有物理属性保持不变。 • 湍流发展的判据，Ri数（理查森数）
湍流重要理论
Ri数（理查逊数）
g (r r ) 0，湍流增强，有利于对 流发展 湍流动能损耗率 T d Ri 湍流动能供给率 ( V ) 2 发展 0，湍流减弱，抑制对流 z
容易发生湍流的区域有 （1）近地层（层结不稳定） （2）对流层顶 （3）大气边界层 （4）锋面、飑线附近
大气边界层中风随高度的变化
• 在行星边界层中，水平气压梯度力、科里奥里力和湍流黏 性力是近似平衡的，即有
1 p fu 1 p ( Tzy ) y z
这里已假定边界层中密度随高度的改变可忽略不计。
第五章 大气边界层
王树舟
南京信息工程大学大气科学学院
边 界 层 理 论 的 应用
大气（或行星）边界层在许多领域中的重要作用
•空气污染学
•农业气象学 •水文学 •航空气象学 •中尺度气象学 •天气预报和气候
•城市气象
大气边界层研究重要内容
• 湍流发生机理，湍流统计理论，科尔莫戈洛夫湍流理论， 湍流标度律，湍流的非线性动力学理论，湍流时间序列分 析等 • 纳维-斯托克斯方程，雷诺平均，湍流能量平衡方程，应 力和通量，湍流“不封闭问题”，一阶闭合，高阶闭合， 大涡模拟等 • 相似性原理，稳定度参数，莫宁-奥布霍夫长度，近地层 相似理论，全边界层相似理论，局地相似理论，湍流结构 的参数化，边界层结构的参数化等
边界层气象学：6第五章定常条件下的边界层
中的分布，要解决这个问题，必须求解运动方
程和热流量方程。从最简单情形入手，介绍
Ekman理论。设大气为正压大气，等压线为直
线，忽略风的水平变化，考虑定常、均匀条件
下的大气运动方程：
uw fv 1 p
z
x
vw fu 1 p
z
y
为使方程组闭合，引入K理论
u(z2 ) u*
u(z1 )
Fui
( z2 L*
,)
Fui
(
z1 L*
,)
v(z2 ) u*
v(z1 )
Fv
i
(
z2 L*
,)
Fvi
(
z1 L*
,)
(z2)
T*
(z1 )
Fi
( z2 L*
,)
Fi
( z1 L*
,)
Fui、Fvi 和Fi为普适函数
若取z1=z0，u(z0)=v(z0)=0，则：
Ekman螺线
在地面上，z=0，tgα=0/0，根据罗必达法则： tgα=1，α=45o，在地面，风向与地转风（等压 线）的交角为45o。
随高度增加，α逐渐减小，即风向右偏（北半 球），逐渐趋于等压线（地转风）方向；风 速渐增，逐渐趋于地转风大小。
从定量上说，Ekman解不精确。问题的来源是 假设K为常数。
稳定度参数S代替，可以解决问题。
曲线1、2、3、4、5是 不同研究者在=0理论 值。曲线6a =-100；曲 线6b =-10曲线6c =0； 曲线6d =10；曲线6e =100
u*/Vg随Ro增加而减少， u*/Vg随不稳定增加而增 加。
图5.2.1
曲线1、2是Blackadar 在中性时的实测值；3 是Lettau在中性时的实 测值；4是OpeHKO在 <0时的实测值；5是 >0时的实测值。其它 符号同前。
第五章：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（廓线） 幂函数律
¾ 幂函数律是历史上最早被用来
描述水平均一地貌上的平均风 剖面的函数形式：
U ( z ) = U r ( z zr ) = U G ( z H G )
α α
z α — 幂函数指数，常被称为地表粗糙度指数，
U (Z)
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.2 阵风因子
¾ 阵风风：
Gv = U g U
¾ 阵风因子是一个反映风速阵性程度的参数，影响大小的因
素有许多：
z 平均风速的时距越短，平均风速越大，阵风因子越小 z 天气过程变化越剧烈，阵风因子越大 z 雷暴大风的阵风因子最大，热带风暴次之，寒潮大风（冷空气）最小 z 地表越粗糙阵风因子越大 z 离地越近阵风因子越大 z 平均风速越小阵风因子越大
0.844 0.958
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
5.2.1 平均风剖面（续） 幂函数律－对数律比较
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
A 类：HG=300m, UG=50m/s:
幂函数律 α= 0.12 对数律 z0=0.01
@ w(t) —与平均风方向垂直的竖向脉动分量，简称为竖向脉动风速
结构抗风试验
五：大气边界层风特性及其风洞模拟技术
5.2 大气边界层风特性
¾ 平均风速计算时距
z 需要足够长 z 据国际上气象领域的实践经验，在大多数国家（包括中国）平均
STU大气边界层风洞流场特性的模拟
的，但湍流度分布有待改善。 采用曲边梯形尖塔，结合粗糙元进行边界层模拟，提高了边界层中上部的湍流度，使湍流度分
布更加合理。应该指出的是：湍流积分尺度也是衡量一个重要….,，模拟有相当的难度。
参考文献
［1］ Nicholas Isyumov , Wind tunnel studies of buildings and structures / Aerospace Division of the American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, 1999, pp65-81, ISBN 0-7844-0319-8
自 Counihan（1969）和 Standen（1972）提出两种模拟大气边界层的装置以来，大气边界层的风 洞模拟技术和方法有了较大的发展。Irwin（1981）对 Standen 尖塔进行了改进，并进一步给出了尖 塔、粗糙元组合模拟梯度风高度的经验公式 1)。相比主动控制技术模拟大气边界层，被动模拟方法 所需的装置简单、造价低，并且比较容易模拟出各种地貌的平均风剖面。因此，风洞中更多地采用 被动模拟方法进行大气边界层的模拟。在国内外同行模拟的大气边界层特性中，平均风剖面的结果 是令人满意的，而湍流度分布、湍流积分尺度等湍流结构则有较明显的差别 2)3)。被动模拟方法中常 用的尖塔形状是三角形，但是三角形尖塔所模拟的湍流度随高度衰减太快，导致风洞大气边界层的 中上部分湍流度过低。本文采用了一种曲边梯形的尖塔，结合粗糙元等被动装置进行风洞大气边界 层的模拟，给出了 A、B、C 和 D 类四种地貌的平均风速剖面、湍流度分布和顺风向脉动风谱和湍 流积分尺度。从模拟的结果可以看出曲边梯形尖塔相对于三角形尖塔的更有利于提高边界层中部以 上高度湍流度，使得湍流度剖面更为合理。
建筑结构大气边界层风场风洞试验模拟
建筑结构大气边界层风场风洞试验模拟王洪兴;张彦军【摘要】基于风洞系统对建筑结构所处的大气边界层风场进行试验研究,结果表明在风洞中采用尖劈和粗糙源组合的被动控制方式,能够实现建筑结构来流风场的模拟,其平均风速剖面、湍流强度及脉动风功率谱密度模拟结果与规范要求一致性非常好.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2012(034)006【总页数】3页(P136-138)【关键词】建筑结构;大气边界层风场;风洞试验【作者】王洪兴;张彦军【作者单位】哈尔滨工业大学建筑设计研究院,哈尔滨 150090;吉林省国艺建筑设计有限公司,长春130013【正文语种】中文【中图分类】TU311.30 前言流体经过平板时会在平板附近形成边界层，同样粘性大气流附着在地面附近流动时，因为地面粗糙度的影响，会形成大气边界层，从而在地表垂直方向形成风速梯度，大气边界层厚度与地面粗糙度有关，随着地面粗糙度增大，大气边界层厚度也随之增大(300～450m)。
人类居住及使用的绝大部分建筑工程结构都处于大气边界层内，建筑结构的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。
近些年，国外科研机构发展了多风扇风洞技术，称为主动控制技术，而尖劈和粗糙源模拟的方法称为被动控制技术，与之相比，主动控制技术加强了低频湍流成为的模拟，在大气边界层的模拟中显得更有优势;但是主动控制技术要求更多风扇和控制设备，技术难度大，成本也更高。
目前，国内建筑结构大气边界层模拟都采用尖劈和粗糙源组合的被动控制方法。
1 试验介绍在风洞中模拟大气边界层风场是建筑结构模型风洞试验的重要内容，根据拟建周围的建筑环境，确定大气边界层流场模拟的地貌风场(定义见我国建筑结构荷载规范(GB50009－2001))［1］。
风洞是一种制造气流的装置一在特制的数十米至数百米长的密封管道内，利用巨型风扇产生强劲气流。
哈尔滨工业大学风洞实验室是一座闭口回流式矩形截面风洞，分为大小两个试验段，小试验段尺寸为宽4.0m、高3.0m、长25m;大试验段尺寸为宽6.0m、高3.6m、长50m。