粗糙元特征對風洞中大氣表面層模擬的影響

王　麗　王　元　王大偉

摘要：采用不同尺度、不同鋪設密度的二維正方形粗糙元，在環境風洞中對大氣表面層進行了模擬，使用粒子圖像速度場儀對所模擬的大氣表面層風速廓線、湍流強度進行了測量，結果表明：當粗糙元的鋪設長度達到實驗段入口高度的12倍以上時，依靠自然形成法所模擬的對數風速廓線高度可達實驗段高度的60％；空氣動力學粗糙度Z₀最高可達粗糙元尺度的0.4～0.5倍，且Z₀隨粗糙元鋪設區到測量斷面的距離呈指數變化；同一高度上湍流強度隨粗糙元鋪設間距的增加而減小，當廓線高度達到實驗段高度的40％以上時，湍流強度不隨粗糙元大小及鋪設密度的變化而變化，其大小為12％～13％，實際應用中，在已知所需Z₀和摩阻風速U，的情況下，可通過粗糙元尺度及鋪設密度的不同組合獲得滿足要求的大氣表面層，并確定實驗模型區的位置和實驗段的入口風速。