防护林防风效应风洞模拟试验研究进展

林木几何形态特征复杂,且较为轻柔,在风荷载作用下会发生变形和振动,空气动力学效应复杂。针对如何通过风洞试验尽可能真实地模拟防护林在实际风场中的防风效应问题,通过梳理已有国内外相关文献,从模型设计、来流模拟和测试技术3个方面对灌木和乔木防护林防风效应风洞模拟试验的研究进展进行综述。结果表明:防护林风洞试验模型几何缩尺比的确定要综合考虑林木和风洞截面的尺寸,阻塞比一般应控制在5%以下;考虑到林木在风荷载作用下产生的变形和振动会进一步影响周围流场,模型设计时除了要考虑几何相似,还要加强对动力相似的考虑;在防护林风洞试验来流模拟及周围风速测定中,在平均风速的基础上,应加强对脉动风速统计特性的考虑;当采用天平测定林木气动力系数时,应结合林木风洞模型自身频率确定采样频率,避免2个频率过于接近造成结果失真。     

乌兰布和荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆防风效应风洞模拟

灌丛沙堆作为荒漠绿洲过渡带广泛存在的生物地貌类型,其在不同演化阶段和植被盖度下的风速分布及防风效应对土壤风蚀灾害控制具有重要意义。为揭示灌丛沙堆演化阶段及植被盖度对周围风场结构特征及防风效应指标的影响规律,该研究以乌兰布和沙漠荒漠绿洲过渡带单个和两个白刺（Nitraria tangutorum）灌丛沙堆为对象,利用风洞模拟试验测定其在4个不同演化阶段（雏形阶段、发育阶段、稳定阶段、活化阶段）和3种不同植被盖度（0、40%及70%）工况下竖直和水平面的风速分布,探讨演化阶段及植被盖度对相对速率、防风效能等防风效应指标的影响。研究发现,不同演化阶段的白刺灌丛沙堆在0～0.8H（H为灌丛沙堆高度）高度范围内、距沙堆中心-H～5H水平范围内风速有显著变化;对比坡前减速区、上方加速区、两侧急流区和后方减速区的风速变化发现,白刺灌丛沙堆在后方减速区的风速变化最为显著,处于稳定阶段的灌丛沙堆在植被盖度为70%时的风速最大可减少90%;不同演化阶段中,稳定阶段灌丛沙堆对风速的削减更为显著,防风效能较大,而处于雏形阶段的灌丛沙堆的防风能力相对较弱;在两个平行于风向排列的灌丛沙堆的相互影响下,沙堆之间丘间低地的防风效能比单个灌丛沙堆有所提高,且第二个灌丛沙堆下游区域的防风效能略小于两个灌丛沙堆间的丘间低地;各演化阶段单个和两个灌丛沙堆周围的防风效能均随植被盖度增大而增大。该研究结果可为乌兰布和荒漠绿洲过渡带土壤风蚀防治提供参考。     

空气密度时空统计特性及对基本风压的影响

  目的  基本风压的确定对评估结构抗风中风荷载设计值尤为重要。空气密度是计算基本风压的基本参数之一,其取值受地貌和气候类型的影响存在一定的差异性。因此,研究空气密度时空统计特性及对基本风压的影响对风荷载评估具有重要意义。  方法  该文基于山东省123个气象站2005—2017年的气温、气压和风速资料,计算并统计分析空气密度的概率分布特性、随冷暖季及空间分布变化规律,并结合由Gumbel分布统计分析得到的设计风速,探讨了空气密度对基本风压的影响。  结果  （1）全季空气密度的概率密度函数呈双峰型,区分冷暖季后与Gamma、Weibull、Burr及GEV概率密度函数拟合精度有所提升,冷、暖季空气密度分布函数分别与Weibull、Burr函数拟合较好;（2）空气密度由沿海向内陆地区逐渐减小,随海拔高度增加而减小;（3）在低海拔平原地区,冷季平均空气密度计算下的风压与固定空气密度1.25 kg/m3、考虑海拔对空气密度影响下的风压相差不大,在高海拔地区,固定空气密度1.25 kg/m3计算下的风压偏大;（4）对于山东低海拔平原地区,选取极值空气密度计算得到的基本风压较固定空气密度1.25 kg/m3、考虑海拔对空气密度影响的风压值大10% ~ 14%左右。  结论  该研究通过统计空气密度时空特性,并结合极值风速,探讨了不同空气密度对基本风压的影响,为结构设计中空气密度的选取提供重要参考。