4.3　湍流特性分析

4.3　湍流特性分析

基于前章建立的风场模型，水平风场高度取为5kft，风场的中心位置取在（x，y）＝（6kft，6kft）。首先定义一个湍流模型［34-35］。湍流模型相关参数的说明如下：

·湍流强度等级　　　　　　　　 　Vt

·随机湍流Y向分量空间尺度　　　　Ly

·随机湍流X向分量空间尺度　　　　Lx

·随机湍流Z向分量空间尺度　　　　Lz

·随机湍流Y向分量强度均方根　　　Gy

·随机湍流X向分量强度均方根　　　Gx

·随机湍流Z向分量强度均方根　　　Gz

由风速和高度定义的湍流场强度等级可表示为

当H≥10kft时

当H＜10kft时

当H≤0.1kft时

空间尺度随高度和垂直风速的变化可表示为

当H≥10kft时

当H＜10kft时

式中，Ly和Lx最小值设为200，Lz最小值设为100。

由于可把湍流看成由各种不同尺度大小和方向随机分布的涡旋叠合而成的流动，湍流中每个小尺度的涡旋特性相同，因此在此研究单个涡旋特性。按照上述湍流模型，结合前章风场模型，对H＝5kft处的湍流进行仿真。在顺风情形下对湍流的径向速度分布等进行仿真分析。仿真结果如图4.1到图4.4所示。图4.1和图4.3分别为当H＝5kft时，湍流场水平截面图和湍流径向速度分布图，图4.2为湍流中心垂直截面图，图4.4为经过抽取之后的三维湍流视图。

图4.1　湍流场水平截面图

图4.2　湍流中心垂直截面图

图4.3　湍流径向速度分布

从图4.1到图4.4的湍流仿真结果可以看出，与风切变风场不同的是，湍流涡旋场的风速和风向不会出现突变，也即没有切变的出现，且风速值只在相对较小的数值范围内沿一个方向变化，并表现出脉动的特征，而湍流正是这一系列小涡旋组成的高频脉动。

图4.4　三维湍流视图

结合Y.Moryossef，Murphy，Jason C等人的研究成果［127-129］，参考文献［127-129］是根据实测数据得到的湍流径向速度分布的。通过对比可以发现，所建立的湍流模型比较符合实际情形下的径向速度分布。