山地風場平均及脈動風速特性試驗研究

孫 毅，李正良，黃漢杰，陳朝暉，魏奇科

(1.重慶大學土木工程學院，重慶 400045;2.中冶賽迪集團有限公司，重慶 400013;3.中國空氣動力研究與發展中心，四川綿陽 621000)

0 引言

隨著山地城市的現代化發展，大量高層和超高層建筑興起，抗風設計工作需要較為準確的山地風場平均風速和湍流特性作為計算依據。

目前對于山地風場的研究集中在平均風速的加速效應(speed-up effect)上，即在山地地形中，某高度平均風速比平地相應高度平均風速有所增加的效應，一般在山頂的近地面最為明顯。通常用一無量綱參數:加速比(speed-up ratio)來定量描述加速效應:

式(1)中U(z)表示山地地面以上z高度處的風速，U0(z)表示平地地面以上z高度處的風速。

國外從20世紀70年代開始，大量學者針對山地的加速效應進行了風洞試驗和數值模擬研究。Jackson［1－2］和 Hunt［3］最先提出了一種計算二維光滑山體加速效應的解析算法，但這種算法僅僅適用于未發生流動分離的情況;Mason［4］將其算法延伸到單個三維山體的情況。Kaimal［5］通過研究指出，以 Jackson的方法為主體的算法，在計算未發生流動分離時的最大加速效應誤差可以小于15%到18%。Taylor［6］提出了一種通過ΔSmax計算不同高度處ΔS的簡便方法，稱為“原始算法”(original Guidelines)。Gong［7］進行了二維山體和三維軸對稱山體的風洞試驗。Miller［8］在風洞中研究了連續12個二維山體的加速效應，并與一不規則地形的加速效應相比較討論。Taylor［9］、Weng［10］先后運用邊界層數值模擬研究了山體幾何尺寸和地面粗糙度對加速比的影響，提出了可以考慮地面粗糙度影響的山頂加速比算法，稱為“新算法”(new Guidelines)。……