·1032· 北京科技大学学报 第33卷 1kHz.采用美国Scanivalve公司最新的电子压力 的大气边界层气流，即规范中B类地区和相应湍 扫描阀系统DSM3400对模型表面进行平均和脉 流度分布.图6为在试验段转盘中心测量得到的 动压力测量.各测压孔均与屋面表面垂直，所有 平均风速和湍流度随高度变化的结果.其中横坐 连接测压空与扫描阀的PVC软管取统一长度，期 标U(Z)/U。表示Z高度处平均风速与10m高 间嵌入毛细管，以便获得平稳的频率响应函数和 度处平均风速的比值，σ/U(Z)表示Z高度处湍 线性相位移.本试验中采用尖劈配合粗糙元) 流脉动速度的均方根与相应高度处的平均风速 的方法模拟了平均速度剖面为幂次律指数0.16 的比值 150 150 a =0.16 120 120 90F 90F 60 60F 30 30 > 0.5 1.0 01 0.2 U(Z yU olliz 图6试验平均风速剖面(a)和湍流度剖面(b) Fig.6 Velocity (a)and turbulence intensity (b)profiles of the simulated atmospheric boundary 在实际应用中，都取梯度风压为参考风压.为 度为2.2m处，该高度在缩尺比为1/150的情况下 此，必须把所有直接测得的风压系数换算成以与地 对应于实际高度330m.参考高度处的风速U= 貌无关的梯度风压为参考风压的压力系数网.Z。为 U。(330/10)016=46.9m·s-1,风速相似比C,= 各类地貌所对应的梯度风高度（即大气边界层高 U/U-=20146.9=112.345.根据相似定律回求 度)，α为反映各类地貌地面粗糙度特性的平均风速 得试验中原始信号的截断频率f。=192Hz.根据采 分布幂指数，对于B类风场Zc=350m,a=0.16,风 样定理，有f≥2f,∫为采样频率.试验最小采样频 洞测得的风压系数换算到梯度风高度的换算因子 率2f。=384Hz,而实际的采样频率为f。=400Hz,大 C=(150/Zc)2=0.7625.文中给出的风压系数 于最小采样频率，符合采样定理，能满足工程的要 是乘以这个换算因子后的风压系数. 求.如果实验采样频率小于最小采样频率，将会得 到偏小的实验结果@ 3 测试数据分析 外围壳体表面的压力通常用量纲为1的压力系 试验风速为20m·sˉ，试验采样频率为400Hz, 数表示为 采样时间为21s.在每个风向角下，对每个测点记录 Pi-P。 了9202个数据的风压时域信号，加上同步采集的 Cm=P。-P. (1) 式中，C为测点i第j个采样点的量纲为1的风压 总压和静压的时域信号，总共记录了约1.0亿个数 系数瞬态值，P为作用在测点i处第j个采样点的压 据.数据处理时，对每个测点舍弃头尾各500个数 力瞬态值，P。和P分别是试验时参考高度处的总 据，取样本中间8200个数据进行统计分析处理. 压和静压瞬态值 首先检验采样频率、采样时间是否能够满足计 罩棚部分，需要用到的是各测点对的净压差值. 算要求.由Davenport谱可知实际风场的截止频率 罩棚部分上下表面同步测量的各对测压点上的净压 为3Hz,模型的几何相似比C=1/150.B类风场、 力系数由下式表示： 50a重现期、10m高度处和10min平均的基本风压 Pi -Pyak 为0。=0.45kPa,相应的基本风速U1o= (2) 「Po-P (1600e。)Q5=26.8ms1.风洞试验参考点选在高 式中，P:为作用在测点i处第j个采样点的上表面北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 1 kHz． 采用美国 Scanivalve 公司最新的电子压力 扫描阀系统 DSM3400 对模型表面进行平均和脉 动压力测量． 各测压孔均与屋面表面垂直，所有 连接测压空与扫描阀的 PVC 软管取统一长度，期 间嵌入毛细管，以便获得平稳的频率响应函数和 线性相位 移． 本试验中采用尖劈配合粗糙元［7］ 的方法模拟了平均速度剖面为幂次律指数 0. 16 的大气边界层气流，即规范中 B 类地区和相应湍 流度分布． 图 6 为在试验段转盘中心测量得到的 平均风速和湍流度随高度变化的结果． 其中横坐 标 U( Z) /U10表示 Z 高度处平均风速与 10 m 高 度处平均风速的比值，σ /U( Z) 表示 Z 高度处湍 流脉动速度的均方根与相应高度处的平均风速 的比值． 图 6 试验平均风速剖面( a) 和湍流度剖面( b) Fig． 6 Velocity ( a) and turbulence intensity ( b) profiles of the simulated atmospheric boundary 在实际应用中，都取梯度风压为参考风压． 为 此，必须把所有直接测得的风压系数换算成以与地 貌无关的梯度风压为参考风压的压力系数［8］． ZG为 各类地貌所对应的梯度风高度( 即大气边界层高 度) ，α 为反映各类地貌地面粗糙度特性的平均风速 分布幂指数，对于 B 类风场 ZG = 350 m，α = 0. 16，风 洞测得的风压系数换算到梯度风高度的换算因子 Cpscale = ( 150 /ZG) 2a = 0. 762 5． 文中给出的风压系数 是乘以这个换算因子后的风压系数． 3 测试数据分析 试验风速为 20 m·s － 1 ，试验采样频率为 400 Hz， 采样时间为 21 s． 在每个风向角下，对每个测点记录 了 9 202 个数据的风压时域信号，加上同步采集的 总压和静压的时域信号，总共记录了约 1. 0 亿个数 据． 数据处理时，对每个测点舍弃头尾各 500 个数 据，取样本中间 8 200 个数据进行统计分析处理． 首先检验采样频率、采样时间是否能够满足计 算要求． 由 Davenport 谱可知实际风场的截止频率 为 3 Hz，模型的几何相似比 CL = 1 /150． B 类风场、 50 a 重现期、10 m 高度处和 10 min 平均的基本风压 为 w0 = 0. 45 kPa， 相应的基本风速 U10 = ( 1 600w0 ) 0. 5 = 26. 8 m·s － 1 ． 风洞试验参考点选在高 度为 2. 2 m 处，该高度在缩尺比为 1 /150 的情况下 对应于实际高度 330 m． 参考高度处的风速 Uref = U10 ( 330 /10) 0. 16 = 46. 9 m·s － 1 ，风 速 相 似 比 CV = Utest /Uref = 20 /46. 9 = 1 /2. 345． 根据相似定律［9］求 得试验中原始信号的截断频率 fc = 192 Hz． 根据采 样定理，有 fs≥2fc，fs为采样频率． 试验最小采样频 率 2fc = 384 Hz，而实际的采样频率为 fs = 400 Hz，大 于最小采样频率，符合采样定理，能满足工程的要 求． 如果实验采样频率小于最小采样频率，将会得 到偏小的实验结果［10］． 外围壳体表面的压力通常用量纲为 1 的压力系 数表示为 CPij = Pij － P∞ P0 － P∞ ( 1) 式中，CPij为测点 i 第 j 个采样点的量纲为 1 的风压 系数瞬态值，Pij为作用在测点 i 处第 j 个采样点的压 力瞬态值，P0 和 P∞ 分别是试验时参考高度处的总 压和静压瞬态值． 罩棚部分，需要用到的是各测点对的净压差值． 罩棚部分上下表面同步测量的各对测压点上的净压 力系数由下式表示: CPij = Pij，t － Pij，b P0 － P∞ ( 2) 式中，Pij，t为作用在测点 i 处第 j 个采样点的上表面 ·1032·