脉动风速随机Fourier谱模型研究

"该文章是2011年12月发表在《同济大学学报(自然科学版)》上的，作者是李杰和阁启，主题涉及脉动风速的随机Fourier波数谱研究，主要探讨了大气湍流对风速波动的影响和Fourier谱模型的建立。" 文章详细内容及知识点: 1. **物理机制**：作者从大气湍流的物理机制出发，研究脉动风速的变化规律。湍流是大气中风速波动的主要原因，由不同尺度的涡旋构成，这些涡旋尺度与风速能谱的不同子区有着密切关联。 2. **涡旋尺度与能谱子区**：在大气湍流中，涡旋尺度与风速能量分布的子区对应，包括剪切含能子区和惯性子区。这两个子区反映了风速波动在不同尺度下的特性。 3. **随机Fourier谱模型**：基于脉动风速在剪切含能子区和惯性子区遵循的不同幂次规律，文章提出了一个随机Fourier谱模型。这个模型能够描述风速波动在频域内的分布情况。 4. **分界波长lc**：lc是区分剪切含能子区和惯性子区的关键波长，它对应着大气中大涡尺度和平衡范围涡旋尺度的分界。这个分界波长是随机的，主要受到湍流涡量与剪切率比例的影响。 5. **实测数据分析**：利用实际测量的风速数据，研究人员建立了lc与剪切率之间的关系，并确定了Fourier谱模型中各参数的关联，从而加强了模型的物理基础。 6. **随机变量**：文章将地面粗糙度和10分钟平均风速作为基本的随机变量，湍流强度作为牵连随机变量，分析了分界波长lc的分布。 7. **双线性函数特征**：通过上述分析，得到了以双线性函数为特征的随机Fourier波数谱，这有助于更准确地描述风速波动的频域特性。 8. **理论与实际对比**：理论预测的结果与实际观测数据有良好的吻合度，表明所建立的随机Fourier谱模型具有较高的预测准确性和实用性。 9. **关键词**：文章关键词包括随机Fourier谱、脉动风速、概率密度演化方法、含能子区和物理建模，这些关键词突出了研究的核心内容和技术手段。 10. **分类号与标识码**：文章分类号为TU973.213，属于土木工程领域，文献标识码为A，表明这是一篇具有学术价值的研究论文。 这篇论文深入研究了脉动风速的随机性及其在Fourier谱中的表现，为理解和预测风速波动提供了新的理论工具，对于风工程、气候学和大气科学等领域有重要的应用价值。