大气边界层模拟风洞研究综述
高空风力资源评估与大气边界层风特性研究
高空风力资源评估与大气边界层风特性研究近年来，随着对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式备受关注。
而要充分利用风力资源，对高空风力资源进行评估与研究势在必行。
在高空风力资源评估方面，研究人员通过多种手段来收集和分析相关数据。
其中，常用的方法包括使用地面观测站和卫星遥感技术进行数据采集。
地面观测站可以测量风速、风向等参数，对风力资源进行实时监测和统计分析。
而卫星遥感技术则通过对大范围地理区域的图像数据进行处理，获取相关的气象信息。
这些数据可以为评估风力资源提供重要参考。
对于风力资源评估来说，地形和气候等因素都是需要纳入考虑的重要因素。
地形的不同会导致风流的变化，例如山地和平原地带风力资源的分布就有很大的差异性。
而气候因素则会影响风的强度和稳定性，如季节性风的变化和雷暴风的出现。
因此，在评估高空风力资源时，需要综合考虑地形和气候等因素的影响。
除了高空风力资源的评估外，对大气边界层风特性的研究也是十分重要的。
大气边界层是地球表面和大气中的过渡层，它直接影响着风的输运和分布。
研究人员通过领先、彗星探测器和卫星等装置来获取大气边界层风的相关数据，以分析风的强度、方向和稳定性等特性。
在大气边界层风特性的研究中，风的垂直剖面是一个重要的方面。
通过测量不同高度上的风速和风向，可以绘制出风的垂直剖面图，从而了解风在不同高度上的变化情况。
此外，大气边界层风的时空分布也是研究的焦点之一。
通过分析不同地区和时间段的风场数据，可以揭示风的分布规律和变化趋势。
另外，还有一些新兴的研究领域开始受到关注，例如风力资源与气候变化之间的关系等。
气候变化对风力资源分布和强度都会产生重要影响，因此，研究人员通过检测和分析气候变化的趋势，进一步揭示风力资源的变化规律。
在未来，随着科学技术的不断发展，高空风力资源评估和大气边界层风特性研究将会继续深入。
通过更加精确和全面的数据采集手段，以及更加先进的模型和算法，我们将能够更准确地评估和利用高空风力资源，为可持续发展提供更加可靠的能源支持。
风洞试验技术介绍及应用课件
风洞管道
用于产生和控制气流，通常由坚固、轻质且 耐腐蚀的材料制成。
风扇和压缩机
模型台
用于放置和固定试验模型，具备高精度和高 稳定性。
提供风洞所需的气流，具有大推力和高效率 的特点。
02
01
控制系统
调节气流参数，如速度、方向等，保证试验 的准确性和可重复性。
04
03
风洞设备的性能参数
最大气流速度
决定了风洞能模拟的最 高风速，是衡量风洞性 能的重要指标。
环境监测与评估
通过风洞试验技术监测环境质量，评估环境对人类和 生态的影响。
建筑领域应用
建筑风工程
通过风洞试验技术模拟建筑在风力作用下的动态响应和稳定性， 优化建筑设计。
建筑环境模拟
模拟建筑内部的环境条件，评估建筑环境的舒适度和能效。
古建筑保护
通过风洞试验技术评估古建筑在风力作用下的安全性，为古建筑 的保护提供依据。
评估汽车的空气动力学性能、行驶稳定性等参数， 提高汽车的安全性和舒适性。
汽车研发与改进
通过风洞试验技术对汽车进行性能测试和优化， 加速新车型的研发和改进。
环境模拟领域应用
气候模拟
模拟气候变化对环境的影响，研究气候变化的规律和 趋势。
自然灾害模拟
模拟自然灾害如风、雨、雪等对环境的影响，研究灾 害的预防和应对措施。
风洞工作原理
01
02
03
风洞结构
风洞由收缩段、实验段、 风扇和控制系统等组成， 能够产生稳定的气流供试 验使用。
气流控制
通过调节风扇转速和控制 系统，实现对气流速度、 方向和压力等参数的控制。
模型安装与测量
试验模型安装在风洞实验 段，通过测量仪器测量气 流对模型的作用力、压力 和温度等参数。
风洞实验的知识
风洞实验的知识为什么要做风洞实验？我们人类所赖以生存的贴近地球表面的大气层里，有许多与我们的生活密切相关值得研究的现象。
其中最为普遍的现象就是风对物体的作用力，以及物体运动时所受的力。
大风呼啸而过时，可以折树倒屋，掀翻航船，造成严重的灾难，而利用风能的风车又可以提水发电，为人类效力。
车船在空气中前进，会受到阻力，而飞机要靠在空气中前进速度引起的空气动力才能够在空中飞行。
物体表面与空气接触，会产生两种力：一种是垂直于表面的，一种是与表面相切的。
这些力的大小，在表面和周围情况不变的条件下，只与物体和空气的相对速度有关。
也就是说，同样的物体，物体以同一姿态均匀速度在空气中运动，和物体在同样姿态下，空气以相同的速度流过物体，所受的力是相同的。
物体表面所受的这些力的合力，组成合力和合力矩。
决定了物体在空气中的行为。
特别是当物体在风作用下所受的力，或者物体在空气中运动时所受的阻力和升力，这是人们十分关心的问题。
最早为了测量这些力，是在英国数学家和工程师若宾(Benjamin Robins,1707-1751)所设计的悬臂机的设备上进行的。
将要测量的物体固定在悬臂的末端，当悬臂以一定的速度旋转起来时，从所加的驱动力P就可以换算出物体所受的阻力。
这种悬臂机使用了很长的时期。
不过它有一个缺点，就是当悬臂旋转了一些时间之后，空气或水会随着悬臂一同旋转，这样会使实验的精度大受影响。
既然在空气中物体所受的力只和物体与空气的相对速度有关，于是就可以让空气运动而物体固定来测量物体所受的力。
这就是原始的风洞的想法。
最早的风洞是为了研究物体在空中飞行时所受的升力与阻力的需要来设计的，也就是为了早期设计飞机所需要来设计的。
风洞的历史第一个设计与建造实验风洞的是英国人温翰姆(Francis Herbert Wenham,1824-1880)，他是英国航空学会创始人之一。
他在1871年设计建造了一个风洞。
1884年另外一个英国人菲里普(Hiratio Phllips,1845-1912)又建造了一座改进的风洞。
大气边界层风洞流场特性的模拟
本 试 验 在汕头 大 学风 洞 实 验 室 的 Ｓ Ｄ Ｔ Ｘ一１大气
边 界层 风 洞进 行 ，Ｔ Ｘ一１ 一座 具 有 串置 双 试 验段 ＳＤ 是 的全 钢 结 构 的 闭 口 回流 低 速 风 洞 。其 主 试 验 段 宽 ３ 高 ２ 长 ２ ｍ。 风 速 连 续 可 调 ， 大 风 速 可 达 ｍ、 ｍ、 ０ 最
大气 边界 层 的风 洞 模 拟 是 研究 风对 建 筑 结 构 的 作 用 以及 建筑 物 周 围 的风 环 境 等 风 工程 问题 的基 础 工作 。在 进行 建 筑结 构 的风 洞试 验 时 ， 了必 须 满足 除 建筑 结构 的几 何 特性相 似 外 ， 还要 准 确地模 拟 出建筑 结构 所 在 区域 的 大 气 边 界 层 特 性 。 大气 边 界层 的特 性 主要包 括平 均 风 速 剖 面 、 流 度 剖 面 、 功 率 谱 以 湍 风 及湍 流 积分尺 度 等 。尤 其 是 对 于 研 究 建 筑 结构 风 致
大 气 边 界 层 风 洞 流 场 特 性 的模 拟
石碧青， 洪海波， 谢壮宁， 倪振华
（ 头 大 学 土木 工程 系 ， 东 汕 头 汕 广 ５５６ ） １０３
摘
要 ： 洞 中 大 气 边 界 层 模 拟 的 准 确 度 是 保 证 风 洞 试 验 结 果 准 确 度 的重 要 因 素 。本 文 采 用 了 一 种 新 型 曲边 梯 形 风
１２ 模 拟装 置 ．
采用 被 动模 拟方 法模 拟 流场 ， 般 情况 是采 用 在 一 风洞 试验 段 人 口加尖 塔 、 加挡 板 和沿 风 洞 地板 分布 粗
风洞实验报告
3.实验模型：NACA0012翼型，弦长0.15米，展长0.2米，安装于风洞两侧壁间。模型表面的测压孔，前缘孔编号i=0，上、下翼面的其它孔的编号从前到后，依次为i=1、2、3……16。I<4, 测压孔间距为5毫米，i>4，间距为10毫米。(见图2)
-1.1
-0.4
-0.1
0.3
0.1
0.7
0.9
14
上截面
3.7
3.8
3.8
3.8
3.7
1.8
3.7
2.2
CP（上）
3.4
3.6
3.6
3.6
3.4
0.7
3.4
1.3
下截面
1.3
0.4
0.8
1.1
1.5
1.3
1.7
1.8
CP（下）
0.0
-1.3
-0.7
-0.3
0.3
0.0
0.6
0.7
16
上截面
3.7
3.7
0.3
1.1
1.3
0.1
0.3
1.7
2.0
20
上截面
3.6
2.4
3.8
3.7
3.7
3.6
3.5
1.5
CP（上）
3.7
1.7
4.0
3.8
3.8
3.7
3.5
0.2
下截面
1.9
1.5
2.1
2.2
1.4
1.4
2.6
2.8
大气边界层概述
各种条件下的大气边界层专项观测实验
青藏高原
南沙
北极
淮河
内蒙
高精度梯度测量系统
近地面综合梯度观测
观测非均匀边界层
• 超声阵列测量（ HATS计划）
• 观测飞机 • 带平衡陀螺仪的汽艇 • 闪烁仪等
• 遥感观测
热量通量观测
辐射观测
青藏高原：在珠峰进行边界层气象和化学物质测量
北极：斯瓦尔巴德地区开展边界层观测试验
测量平均时间 2～60min
遥感仪器及技术指标
无线电声雷达 (RASS)
意大利Irone公司
最高探测高度 1000m
最低探测高度 100m
垂直空间分辨率 10m
测量范围
-30～40℃
精度
0.1℃
测量平均时间 3～30min
法国 REMTECH 公司最先进的低 层大气风速、温 度廓线测量仪
国际上最先进的边界层雷达（LAP5000）
大气边界层概述
王成刚 大气物理系
与流体力学中称固壁附近的边界层为“平板边界层”、 “机翼绕流边界层”等类似，大气边界层也常常被称为“行 星边界层”，因为它是处于旋转的地球上的。当大气在地表 上流动时，各种流动属性都要受到下垫面的强烈影响，由此 产生的相应属性梯度将这种影响向上传递到一定的高度，不 过这一高度一般只有几百米到一二公里，比大气运动的水平 尺度小得多。在此厚度范围内流体的运动具有边界层特征。 在大气边界层中的每一点，垂直运动速度都比平行于地面的 水平运动速度小得多，而垂直方向上的速度梯度则比水平方 向上的大得多。此外，由于地球自转的影响，水平风速的大 小在随高度变化的同时，风向也随之变化。
大气边界层内运动的主要特点就是其湍流性，大气 边界层的Reynolds数是相当大的，流体几乎总是处于湍 流状态，而且湍流度很大，可达20%左右。水平均匀地 面上的大气边界层结构可以简单地区分为上下两层，其 中近地面50~100m范围内的一层称为“近地层”或“常 通量层”(该层底部实质上也含有一个厚度非常小的粘性 次层，但通常不予考虑)，其中湍流动量通量可以认为是 常值，平均水平风速服从对数律，这一特性是风洞中用
大气工程中的风洞试验与仿真模拟研究
大气工程中的风洞试验与仿真模拟研究大气工程作为一门综合性学科，研究的内容涵盖了空气动力学、环境科学、气象学等多个学科的交叉领域。
在大气工程领域，风洞试验与仿真模拟研究是至关重要的一环。
本文将探讨风洞试验与仿真模拟在大气工程中的应用现状以及其重要性。
一、风洞试验风洞试验是大气工程中常用的实验手段之一。
它通过在模型尺寸缩小的情况下，使用风洞产生的气流来模拟真实大气环境，从而研究空气动力学、结构动力学等相关问题。
风洞试验广泛应用于航空、能源、建筑、交通等领域。
在航空领域，风洞试验被用于研究飞机的升力、阻力、稳定性等性能，通过风洞试验可以优化飞机的设计，提高其安全性和效率。
在能源领域，风洞试验被用于研究风力发电机叶片的aerodynamic 特性，从而提高风力发电的效率。
在建筑领域，风洞试验可以模拟建筑在高风速环境下的受力情况，进而优化建筑结构，提高其抗风能力。
在交通领域，风洞试验可以模拟车辆在高速行驶中的气动性能，研究车辆的稳定性和燃油经济性。
二、仿真模拟研究与风洞试验相比，仿真模拟研究中，采用数值计算方法对大气流动进行模拟。
仿真模拟研究借助计算机技术和数学模型，可以对大气动力学行为进行细致的分析。
仿真模拟研究在大气工程中起到了至关重要的作用。
它可以帮助研究者预测和评估大气环境中的各种现象和过程，比如空气污染扩散、大气层中的温度分布、风场变化等。
在环境科学领域，仿真模拟研究被广泛应用于空气质量评估、气象灾害预警等方面。
在气候学领域，仿真模拟研究可以用于模拟气候变化，预测未来几十年的气候走势。
仿真模拟研究与风洞试验相辅相成。
风洞试验可以为仿真模拟提供验证数据，而仿真模拟可以帮助优化风洞试验设计，提高试验效率。
三、风洞试验与仿真模拟的重要性风洞试验与仿真模拟在大气工程中的重要性体现在以下几个方面：1. 减小成本和时间：采用风洞试验和仿真模拟可以有效减小研究成本和时间。
相对于实地试验，风洞试验和仿真模拟更加经济、高效。
风洞实验
确定模型对气流的相对运动和模型上的气动力随时间变化的实验，包括颤振实验、抖振实验、动稳定性实验、 操纵面嗡鸣实验、非定常压力测量等。
颤振实验颤振是飞行器在气动力、结构弹性力和惯性力相互作用下从气流中吸取能量而引起的自激振动。它 一旦发生，就很可能造成结构的破坏。进行风洞颤振试验，旨在选择对防颤振有利的结构方案（见颤振试验）。
在气流和模型作相对高速运动的条件下，测定气流沿模型绕流所引起的对模型表面气动加热的一种实验。当 飞行器飞行马赫数大于3时，必须考虑气动加热对飞行器外形、表面粗糙度和结构的影响。风洞传热实验的目的是 为飞行器防热设计提供可靠的热环境数据，实验项目包括：光滑和粗糙表面的热流实验，边界层过渡、质量注入 对热流影响的实验，台阶、缝隙、激波和边界层等分离流热流实验等。在风洞传热实验中一般略去热辐射，只考 虑对流加热，要模拟的是马赫数、雷诺数、壁温比、相对粗糙度（粗糙度与边界层位移厚度之比）、质量注入率、 自由湍流度等参数。在一般高超声速风洞、脉冲风洞、激波风洞、电弧加热器、低密度风洞和弹道靶中都能进行 传热实验，但都不能全面模拟上述参数。因此，必须对不同设备的实验数据进行综合分析。风洞传热实验的方法 有两类：一类是确定热流密度分布的热测绘技术，如在模型表面涂以相变材，通过记录等温线随时间的扩展过 程进行热测绘；又如在模型表面涂以漆和粉末磷光材料的混合物，通过记录磷光体的亮度分布转求热流密度分布 （后一方法响应快，灵敏度高）。热测绘技术可以提供丰富的气动加热资料，但精度较低。另一类是热测量技术， 利用量热计进行分散点的热测量，一般是在一维热传导的假定下通过测量温度随时间的变化率测量热流密度。在 一般高超声速风洞中常用的量热计有两种：①薄壁量热计，使用它时要求模型的壁做得很薄，以使模型在受热时， 内外表面的温度接近相等，在内表面安装温差电偶，用以测量温度随时间的变化来推算热流密度。②加登计，是R. 加登在1953年提出的，它是基于受热元件的中心和边缘之间的温度梯度和热流密度有一定的关系进行测量的。薄 壁量热计和加登计由于达到温度平衡需要较长的时间，不能用于脉冲风洞。在脉冲风洞中，可采用塞形量热计和 薄膜电阻温度计进行测量。塞形量热计是利用量热元件吸收传入其中的热量，然后测量元件的平均温度变化率再 计算表面热流密度。
风洞中模拟大气边界层的相似参数分析
百 。 『 『
将 以上 各 式 代 入 方 程 （ ） （ ） （ ） 则 得 到 式 （ ） ４ 、 ５ ， １ 、 ２ 、３ ， ３ （ ） （ ）
这 样 方 程 各 项 前 均 出 现 了 由特 征 尺 度 所 构 成 的有 量 纲 因 子 ， 对 于 组 成 各 因 子 的 特 征 尺 度 ， 以得 到 它 们 的 数 量 级 。 大 可 就 气 表 面 层 运 动 来 说 ， 米 ・ 克 ・ 制 ｅＯ Ｌ ＝ １ Ｈ ＝ 在 千 秒 ｅ ＣＪ １： ０，
进行 无量 纲化 ， 方程 中各 项变 成 特定 参 考 量 与数 量 级 为 ｌ 使
的 无 量 纲 因 子 的 乘 积 ， 样 各 项 的 数 量 级 就 可 以估 算 。 这
令 ：
Ｌ ・， ． ３ ２
＝ Ｕ ・
＝ “ ・
相 似 ， 运 动 相 似 也 就 满 足 了 。 因 此 ， 何 相 似 是 力 学 相 似 则 几 的 前 提 ， 动 相 似 是 模 型 实 验 的 目 的 ， 力 相 似 是 运 动 相 似 运 动 的 保 证 。 而 为 了 保 证 流 动 的 动 力 相 似 ． 须 找 出 相 应 的 相 似 必
似 。 本 文 就 是 分 析 找 出 在 环 境 风 洞 中 模 拟 大 气 边 界 层 的 主 要 相 似准则 数 。 首 先 将 流 体 运 动 的 纳 维 一 斯 托 克 斯 方 程 限 定 为 二 维 稳
¨
“叫
．
ａ— Ｐ
ａ
ａ
ａ
Ｐ Ｐ。 ’ ０ Ｐ
‘ ■，
风 洞 中模 拟 大 气 边 界 层 的 相 似 参 数 分 析
金 文
（ 安 航专 动力 系 ， 安 ７０ ７ ） 西 西 １ ０ ７
风洞试验概述_黄本才
∂u* ∂t*
Cl CuCt
+ u*j
∂ui* ∂x*j
=
f
* i
C f Cl Cu2
−
∂p* ∂xi*
Cp Cρ Cu2
+
Cν CuCl
∂ ∂x*j
⎛ ⎜⎜⎝
∂ui* ∂x*j
+
∂u*j ∂xi*
⎞ ⎟⎟⎠
(6-6)
式（6-3）表示原型中流体的运动方程，式（6-6）表示模型中流体的运动方程，为 保证原型和模型流体运动的相似性，物理量的比值必须满足式（6-7）
(a)典型的直流式低速风洞主要组成
(b) 典型的直流式低速风洞 图 6-1 直流式低速风洞
回流式低速风洞（Close circuit type）（图6-2）实际上是将直流式风洞首尾相接，增加 回流段，形成封闭回路。[1]气流在风洞中循环回流，既节省能量又不受外界的干扰。除了直 流式风洞的主要组成外，回流式风洞设有调压缝，可以向风洞内补充空气。导流片和整流装 置可调整空气流的不均匀度，使气流的剖面和紊流度达到实际要求。
实验段 2.0 m×15m×14m
风速 1～30 米/秒
风速 3～67 米/秒
风速 0.5～17 米/秒
图 6-3 同济大学土木工程防灾国家重点实验室边界层风洞
二、相似理论
建筑和结构的风洞模拟通常采用缩尺模型，其理论依据就是流动的相似性原理。从流体 流动的运动微分方程出发，可寻求流体流动的一般相似性判据。流体运动可通过运动微分方 程及边界条件和起始条件来描述，流体的缩尺模型试验中模型与原型之间须满足运动相似 （遵循相同的运动方程）和几何相似（边界条件相似），起始条件相似的要求通常不用考虑。 两种流动相似的必要和充分条件是几何相似和运动相似。[2]
大学生物理实验报告
大学生物理实验报告一. 风洞试验简述：实验空气动力学是空气动力学的一个分支，是用实验方法研究飞行器及其它物体在与空气或其它气体作相对运动时的气动特性、运动规律和各种复杂物理现象。
由于是直接研究物体与真实气流间的相互作用，所得数据可以用作工程设计的依据，验证理论计算结果并能提醒新的流动现象，为理论分析提供物理模型。
实验空气动力学作为一门分支学科是20世纪40年代形成的。
它的形成同飞行器高速开展，要求迅速获得大量复杂、准确、可靠的设计数据有关。
它的主要内容除空气动力学根底理论外，还包括实验理论、实验方法和实验设备的知识。
实验空气动力学的主要任务是利用风洞进展模型实验，以发现和确认流动现象、探索和提醒流动机理、寻求和了解流动规律，并为飞行器提供优良气动布局和空气动力特性数据，风洞实验所依据的根本理论是相对运动原理和相似理论。
相对运动原理：无论是固体以某一均匀速度在静止的流体中运动，还是流体以相同速度流经固体，两者之间的相互作用力恒等。
相似理论：论述物理现象相似的条件和相似现象的性质的学说。
是模拟的理论根底。
相似理论的重要课题是确定各种物理现象的相似准数。
风洞是进展空气动力学实验的一种主要设备，几乎绝大多数的空气动力学实验都在各种类型的风洞中进展。
风洞的工作原理是使用动力装置在一个专门设计的管道内驱动一股可控气流，使其流过安置在实验段的静止模型，模拟实物在静止空气中的运动。
测量作用在模型上的空气动力，观测模型外表及周围的流动现象。
根据相似理论将实验结果成可用于实物的相似准数。
实验段是风洞的中心部件，实验段流场应模拟真实流场，其气流品质如均匀度、稳定度（指参数随时间变化的情况）、湍流度等，应到达一定指标。
风洞实验的主要优点是：① 实验条件（包括气流状态和模型状态两方面）易于控制。
② 流动参数可各自独立变化。
③ 模型静止，测量方便而且容易准确。
④ 一般不受大气环境变化的影响。
⑤ 与其他空气动力学实验手段相比，价廉、可靠等。
数值风洞的研究现状综述
用 于土 木工 程研 究 的风洞 是借 鉴 航空 领域 的技术 和方 法 ，并经 过改造后的大气边界层风洞 ，对结构抗风研究发挥 了巨大作用 。一般 的建筑 结构在大气边 界层 内属于钝体范畴，
气流流经钝 体表面时会产生气流碰撞 、分离、环绕 、再 附着
等物理现象 ，使得 流动的机理更 为复 杂，要解 决这些复杂的
应 以及结构破坏机理 最有效、最直接员通 过大量的
现场实测将近地风处理成 平均风速和脉动风速 的叠加 ，给出
案例分析
了平均风速 的风剖面和脉动 风速 的湍流强度 、 自功 率谱 、互 功率谱 以及湍流积分尺度 等特 征量的推荐公式 。在 实测 风特 性的同时，研究人员也关注着 结构 的响应 ，建造足尺模 型供
美 国德克萨斯大学的 刑
模型ｆ 刑
Ｂ ｉ ｉｇ等足尺模型 的 ｕｌ ｎ ） ｄ
载的重视 ，并 由此展开 了对 风荷 载特 性和风对 结构 作用 的广
泛研究。２ ０世纪 ６ ０年代 ，加拿大的 Ａ． ｖｎ ｏｔ ＧＤａｅ ｐ ｒ教授将概
率方法应用于风荷载特性研 究和 结构 风响应的研究 ，奠 定了
结构风工程研究的基础 ；大气边 界风 洞的 出现标志着 结构风 工程 已经成为一门独立 的学科 。半个 世纪过去 了，结构风工
２１ ０ ０年第 ４期 （ 总第 １ ８期 ） ２
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯ ＮＧ ＫＥ Ｊ
Ｎｏ． ２ ０ ４。 ０１
（ ｍｕａｉ ｌ Ｎ ．２ ） Ｃｕ ｌｔ ｅｙ ｏ１ ８ ｖ
数值风 洞 的研 究现状综述
幸春 林 孙 业华
（ 中国瑞林工程技 术有限公 司 ，江西 南昌 ３ ０ ０ ） ３０２
长期实测 ， 例如 ： ０世纪 ７ ２ Ｏ年代 早期英格 兰埃 儿兹伯里试验 模 型（ｙｅｂ ｒ ｘ ｅｉ ｎａ Ｂ ｉ ｉｇ ，２ Ａ ｌｓｕｙ Ｅ ｐ ｒ ｔｌ ｕｌ ｎ ） ０世纪 ８ ｍｅ ｄ Ｏ年代末英 格兰 Ｓｌ ｅ结构模型（ｉｏ ｔ ｃ ｒｓ ｕｌｉｇ以及 ８ 年代末 ｉｏ ｓ Ｓｌ ｅ ｒ ｔ ｅ ｉ ｎ ） ｓ Ｓｕ ｕ Ｂ ｄ ０
大气边界层中的湍流边界条件模拟
大气边界层中的湍流边界条件模拟大气边界层中的湍流边界条件模拟对于气象、环境科学、工程学等领域具有重要意义。
湍流边界条件的准确模拟可以帮助我们更好地理解大气运动规律，优化气象预报模型，改善环境污染模拟和控制措施，提高风力发电等能源利用效率。
本文将介绍大气边界层中湍流边界条件模拟的背景、方法和应用，并探讨其中的挑战和发展方向。
一、背景大气边界层是大气中的一个重要层次，位于地面附近，高度通常在几百米到几千米之间。
在这个层次中，气象要素（如风速、温度、湿度等）发生显著变化，湍流现象较为频繁。
湍流是一种不规则而复杂的气流运动形式，具有随机性和不可预测性。
因此，准确模拟湍流边界条件对于大气运动的研究具有重要意义。
二、方法为了模拟大气边界层中的湍流边界条件，研究人员采用了多种方法。
其中，最常用的方法包括：物理模拟、数值模拟和实测数据分析。
1. 物理模拟：物理模拟是通过实验室内的物理实验来模拟大气边界层中的湍流边界条件。
研究人员可以利用风洞模拟大气流动，并通过测量仪器获取湍流边界条件的相关数据。
物理模拟方法可以提供较为准确的湍流数据，但存在成本高、实验过程复杂和受实验装置限制等问题。
2. 数值模拟：数值模拟是通过计算机模型来模拟湍流边界条件。
研究人员可以建立基于流体力学方程的数值模型，并使用数值计算方法求解得到湍流边界条件。
数值模拟方法可以有效地模拟湍流边界条件，但也需要大量的计算资源和高精度的数值算法。
3. 实测数据分析：实测数据分析是通过现场观测获取大气边界层中湍流边界条件的相关数据，并进行统计分析。
研究人员可以借助气象监测站、气球观测、卫星遥感等手段获取湍流边界条件的实测数据。
实测数据分析方法可以提供真实的湍流边界条件数据，但存在获取数据难、站点稀疏等问题。
三、应用湍流边界条件模拟在气象、环境科学、工程学等领域具有广泛应用。
1. 气象预报模型：大气边界层中湍流边界条件的准确模拟可以帮助气象学家改善天气预报模型的精度。
数值模式中的大气边界层参数化方案综述
数值模式中的大气边界层参数化方案综述数值模式中的大气边界层参数化方案是一项基础且重要的研究内容，它能够有效地改进大气环境中过程和物理系统的表征，在未来气候变化、气候预报等方面影响重大。
本文详细综述了近年数值模式中的大气边界层参数化方案的发展趋势。
在近几十年的发展过程中，大气边界层参数化方案有了较大的变化与发展。
由于在克里斯特洛夫结构参数的传统参数估计方案中，存在固有的传统假设，因此无法很好地处理大气中的指向异构、拟合参数曲线变化和模式间的不稳定性等实际情况。
因此，近些年来，学者们开始研究具有不同结构参数估计方案，如有限元方法、最优扰动方法、缩放非参数方法、自动正则化方法、数字层次分析方法、不稳定垂直参数化方法等，这些新型参数估计方案旨在提高大气环境中过程和物理系统的表征。
在不同类型的参数估计方案比较中，有限元方法与自动正则化方法相比，在表征快速的小尺度变量垂直分布时具有较高的精度，因此在短期气候预报中被认为是更有效的边界情景参数估计方法。
另外，数字层次分析方法的优势在于，它能够有效地估计物理参数的垂直分布，从而提高精度，但它受到物理参数的表示技术的限制。
此外，缩放非参数方法与传统参数估计方案比较，能够在较大尺度上提高大气边界层参数估计的精度，而不受结构参数估计技术的限制，因此是近些年来主要的参数估计方案之一。
通过本文的综述，可以知道，不稳定垂直参数化方案是处理不稳定核心和大气边界层参数估计的新颖方法，能够有效地提高气候系统模拟中大气边界层参数估计的精度，能够改善实际大气环境模拟中的不稳定性。
同时，缩放非参数方法和有限元方法也在提高大气边界层参数估计中发挥着重要作用，由于它们可以提高大气环境中过程和物理系统的表征，因此有望在未来气候变化、气候预报等方面有积极的影响。
大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究
大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究边界层是近地面气体与地面之间的区域，通常定义为自由流的速度较小的区域，它包含了流体较强的水平和垂直的运动，这些运动包含大量的涡旋和湍流。
了解边界层内的湍流特性对于气象学、航空航天和建筑学等学科都具有极大的意义。
风洞模拟实验可以提供一个便捷、可控、可重复的实验环境，用来研究边界层湍流特性。
本文将介绍一项大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究。
首先，将简要介绍实验的目的和重要性。
其次，将介绍实验的设计方案和程序。
接着，将介绍数据处理方法，分析实验结果。
最后，将讨论实验结果的意义和应用前景。
一、实验的目的和重要性大气边界层中的湍流是一种强烈的流动行为，其动力学复杂而普遍存在。
湍流对空气质量、能源和温室效应等都有着重要的影响。
边界层湍流也是大型建筑和飞机等复杂工程设计的重要因素。
因此，了解边界层内的湍流特性具有重要的学术和工程应用价值。
本实验的目的就是通过风洞模拟实验，对大气边界层中的湍流特性进行研究，为相关领域提供参考和指导。
二、实验的设计方案和程序1. 实验设计方案本实验选取直井状风洞为研究工具，它能够较好地模拟出大气边界层的流动情况。
在直径为1.5米，高为5.5米的风洞内，通过两个放置在风洞底部和顶部的网格板和两个旋转的切片风扇，模拟出边界层的结构和湍流特性。
在风洞内部安装压力传感器和热敏电阻器，用来测量边界层中的压力、温度和速度。
2. 实验程序a. 执行基准实验在进行边界层湍流研究之前，我们需要先进行基准实验，用来检查风洞系统的运行状态和数据的获取准确性。
在基准实验中，我们分别分别测量风洞内的压力、温度和速度，并将数据与标准值进行对比。
b. 模拟大气边界层湍流实验在进行模拟大气边界层湍流实验时，我们将根据实际环境的特点来设置初始条件，比如制造不同形状和尺寸的障碍物，用来模拟大气中存在的复杂地形和建筑物。
然后通过调节风洞内的风速、风向和湍流程度，模拟出边界层中的湍流特性。
风洞试验技术介绍及应用课件
建筑领域
建筑风工程研究
风洞试验在建筑领域主要用于研究建筑物的风工程性能， 如风压、风载等。通过风洞试验，可以评估建筑物的抗风 能力，为建筑设计提供依据。
建筑结构优化
风洞试验可以帮助优化建筑物的结构设计，通过改进建筑 物的抗风性能，可以提高建筑物的稳定性和安全性。
城市规划与环境影响评估
风洞试验可以模拟建筑物和城市规划对周围环境的影响， 用于评估城市规划方案的环境影响和安全性。
动态相似
在风洞试验中，需要保证模型上的气流速度与真 实世界中的气流速度成比例关系，以便实现动态 相似。
雷诺数相似
雷诺数是一个描述流体流动状态的参数，风洞试 验中需要保证模型与真实物体在雷诺数上相似。
03 风洞试验技术分 类
低速风洞
主要用于模拟大气边界层内的流动现象。
低速风洞主要用于模拟大气边界层内的流动现象，如飞机、汽车等地面交通工具 的空气动力学性能测试。由于低速气流中不存在音障，因此低速风洞的试验速度 较低，通常在亚音速范围内。
环境工程领域
气象与气候研究
环境工程设计
灾害预警与防控
风洞试验在环境工程领域可用 于研究气象和气候变化对环境 的影响。通过模拟不同气候条 件下的气流运动，可以研究气 候变化对环境的影响和预测未 来气候变化趋势。
风洞试验可以为环境工程设计 提供依据，如风电场选址、环 保设施布局等。通过模拟气流 运动和环境因素，可以评估设 计方案的有效性和可行性。
现代发展
随着科技的不断进步，风洞试验技术也在不断改 进和完善，应用领域也更加广泛。
风洞试验技术的应用领域
航空航天
风洞试验技术在航空航天领域 的应用最为广泛，主要用于飞 行器的空气动力学性能测试。
汽车工业
风洞试验——精选推荐
风洞试验玻璃幕墙风荷载是玻璃幕墙设计诸荷载(作⽤)中最重要的⼀项。
它的取值直接影响玻璃幕墙的安全，尤其是体型复杂的⾼层建筑玻璃幕墙的设计风荷载更要慎重采⽤。
《玻璃幕墙⼯程技术规范》JGl02—2003规定：“玻璃幕墙的风荷载标准值可按风洞试验结果确定；玻璃幕墙⾼度⼤于200m或体型、风荷载环境复杂时，宜进⾏风洞试验确定风荷载。
”风压是速度压，风速只是代表在⾃由⽓流中某点的风速，房屋建筑设计时不能直接以该风速作为结构荷载，因为房屋本⾝并不是理想地使原来的⾃由风流停滞，⽽是让⽓流以不同⽅式在房屋表⾯绕过，因此房屋对⽓流形成某种⼲扰，要完全从理论上确定⽓流影响的物体表⾯的压⼒，⽬前还是做不到。
⼀般都是通过试验的⽅法确定风作⽤在建筑物表⾯所引起的压⼒(吸⼒)与来流风压的⽐值，即风荷载体型系数，它表⽰建筑物表⾯在稳定风压作⽤下的静态压⼒分布规律，主要与建筑物的体型与尺度有关(荷载规范共列出38种基本体型)，当周围有较多⾼层建筑时，这⼀群体对风产⽣特定的群体⼲扰因⽽形成了特定的风环境，对所设计的⾼层建筑也会产⽣影响，受到群体⼲扰影响时，对称的截⾯形状会出现并不对称的风压分布，特别是上游和下游建筑物对⽓流产⽣的⼲扰造成群体⼲扰影响下的⽓流特性与单体有很⼤差别，⽽我国现⾏规范未考虑群体⼲扰的影响因素，还有⼀些⾼层建筑采⽤⼀些特殊的体型(⾮基本体型)，且不同⾼度采⽤不同的截⾯形状，沿⾼度变化的截⾯风压分布，再加上群体⼲扰的影响，其风压分布复杂多变，例如正负风压系数都出现在双园弧⾯尖⾓拐⾓，双园弧⾯与过渡段交接处的尖⾓上有极强的压⼒脉动等，这些分布规律在荷载规范风荷载体型系数表中是查不到的，需要通过风洞试验来验证和确定。
⼀些⾼层建筑即使平⾯形状与基本体型相似，但周围环境不尽相同，最好还是通过风洞试验来确定风荷载体型系数。
现在已有很多⾼层建筑采⽤风洞试验来确定风荷载，经过对⼀部份风洞试验报告分析，发现在同⼀地点，⾼度、体型均相近的建筑设计风荷载取值悬殊，也有同⼀建筑由两个试验单位试验，试验结果差别很⼤，甚⾄有些试验单位的试验报告提出的设计风荷载⽅案中，出现按C类地区计算出的风压⽐按B类计算的数据要⼤的不正常情况。
典型超高层建筑风荷载的风洞实验研究final
典型超高层建筑风荷载的风洞试验研究作者1,3, 作者2（1.作者详细单位，省市邮编；2.作者详细单位，省市邮编；3.作者详细单位，省市邮编）摘要：通过测力风洞试验对典型超高层建筑风荷载的作用机理进行了系统地研究。
评估了各风力脉动分量的相关特性，研究了结构顺风向、横风向和扭转基底谱的分布特征，分析了结构三维等效静力风荷载及顺风向风振系数，并与规范结果开展了对比研究。
研究成果可以为超高层建筑的抗风设计及相关研究提供有用的资料及依据。
关键词：超高层；风荷载；风洞试验；风荷载功率谱中图分类号：TU973.2文献标识码：A 文章编号：Wind Tunnel Study of Wind Loads on a Typical Tall BuildingNAME Name1,3，NAME Name-name2(1.School of Science,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China；2.Department, City, City Zip Code,China；3.Department, City, City Zip Code, China)Abstract：The mechanics of wind load on a tall building were evaluated by a wind tunnel test in boundary layers. The cross-correlations among various wind loading components were presented and discussed in detail. In addition, further studies were conducted to investigate the spectral characteristics of along-wind, across-wind and torsional components. The equivalent static wind loads and the wind-induced amplifier factors of the building were caculated based on the wind tunnel results and compared with those estimated from the building design codes of China. The outcomes of this study are expected to be valuable for the design of super tall buildings.Key words：tall building; wind load; wind tunnel; wind force spectra随着轻质高强材料的广泛应用，现代高层建筑正朝着越来越高、越来越柔的方向发展，伴随而来的是结构基本自振周期变长、自身阻尼变小，结构风敏感性也越来越大，因此风荷载是高层建筑物设计的主要控制之一。
风洞试验研究综述剖析【专业版】
风洞试验研究综述剖析【专业版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）风洞试验研究综述摘要：本文介绍了大气边界层风洞的发展过程和模拟方法。
大气边界层的模拟方法主要有主动模拟方法和被动模拟方法，前者包括多风扇风洞技术与振动尖塔技术，后者采用尖劈、粗糙元、挡板、格栅等装置进行模拟。
被动模拟技术较为经济、简便，所以得到了广泛采用。
关键词：风洞；大气边界层；主动模拟；被动模拟.Performance of Simulation of Atmospheric Boundary Layer in WindTunnelsxudeAbstract：In this paper , the simulation of atmospheric boundary layer are introducted from the history of the development and the methods of the technology. The methods of atmospheric boundary layer simulation contain active simulation and passive simulation. The active simulation mainly include multiple fans wind tunnel technology and vibratile spire technology. The equipments of the passive simulation main include spire, roughness element, apron and gridiron. The passive simulation technology is simple and economical, so it has been widely used.Key words：wind tunnel; atmospheric boundary layer; active simulation; passive simulation.一、引言1940年，美国塔科马悬索桥由于风致振动而破坏的风毁事故,首次使科学家和工程师们认识到了风的动力作用的巨大威力[1]。
风洞综述
风洞文献综述Wind Tunnels Document Summary一、前言风洞，是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
风洞设备的建设发展与航空航天飞行器研制紧密相联。
在航空飞行器发展早期，对空气动力问题的探究促使了风洞的诞生。
1871年，英国人温霍姆建造了世界上第一座风洞。
随着飞机、导弹、航天飞行器发展，20世纪30～80年代，迎来了风洞建设的高峰期，低速、跨声速、超声速、高超声速各类型风洞得到快速发展。
到目前为止，我国已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。
由于实际流动的复杂性，流体力学和空气动力学中的许多课题还不能单纯依靠理论或计算方法解决，因而风洞有其特殊的重要性。
二、风洞的发展简要回顾风洞设备的发展大致经历了低速风洞发展阶段、超声速风洞发展阶段、跨声速风洞发展阶段、高超声速风洞发展阶段、风洞设备改造和稳定发展阶段、风洞设备发展适应新需求阶段、探索新概念风洞发展阶段。
20世纪90年代，随着经济全球化和型号发展数量的减少，一方面，风洞设备在数量上呈现出过剩状态；另一方面，又缺少能满足未来型号精细化发展要求的高性能风洞。
三、风洞的组成风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而不同。
根据驱动系统的不同有两类，一类是运转时间长，运转费用较低，多在低速风洞中使用的连续式风洞。
另一类是工作时间可由几秒到几十秒，多用于跨声速、超声速和高超声速的暂冲式风洞。
四、风洞的种类风洞种类繁多，有不同的分类方法。
按实验段气流速度大小来区分，可以分为低速、高速和高超声速风洞。
①低速风洞基本上有两种形式，一种是直流式风洞；另一种是回流式风洞。
低速风洞实验段有开口和闭口两种形式，截面形状有矩形、圆形、八角形和椭圆形等，长度视风洞类别和实验对象而定。
60年代以来，还发展出双实验段风洞，甚至三实验段风洞。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（结构动力试验论文）大气边界层模拟风洞研究综述Performance of Simulation of Atmospheric BoundaryLayer in Wind Tunnels学生姓名：指导教师：学院：专业班级：大气边界层模拟风洞研究综述姓名（大学学院）摘要：本文介绍了大气边界层风洞的发展过程和模拟方法。
大气边界层的模拟方法主要有主动模拟方法和被动模拟方法，前者包括多风扇风洞技术与振动尖塔技术，后者采用尖劈、粗糙元、挡板、格栅等装置进行模拟。
被动模拟技术较为经济、简便，所以得到了广泛采用。
关键词：风洞；大气边界层；主动模拟；被动模拟.Performance of Simulation of Atmospheric Boundary Layerin Wind TunnelsNAME(University)Abstract：In this paper , the simulation of atmospheric boundary layer are introducted from the history of the development and the methods of the technology. The methods of atmospheric boundary layer simulation contain active simulation and passive simulation. The active simulation mainly include multiple fans wind tunnel technology and vibratile spire technology. The equipments of the passive simulation main include spire, roughness element, apron and gridiron. The passive simulation technology is simple and economical, so it has been widely used.Key words：wind tunnel; atmospheric boundary lay er; active simulation; passive simulation.一、引言1940年，美国塔科马悬索桥由于风致振动而破坏的风毁事故,首次使科学家和工程师们认识到了风的动力作用的巨大威力[1]。
在此之前，1879年发生了苏格兰泰桥的风毁事故已经使工程师们认识到风的静力作用。
塔科马桥的风毁开始了土木工程界考虑桥梁风致振动的新时期，并以此为起点, 发展成为了现代结构风工程学。
结构风工程研究方法可分为现场测试、风洞试验和理论计算三种。
现场测试方法是一种有效的验证理论计算和风洞试验方法和结构的手段；然而，现场测试需要花费巨大，试验环境条件很难人为控制和改变。
与现场测试方法相比，风洞试验兼具直观性和节约的优点，同时可以上人为地控制、调节和重复一些试验条件，是一种很好的研究结构风工程现象的变参数影响和机理的手段。
近些年来随着流体力学和计算机技术的发展，计算流体动力学逐渐成为风工程研究中越来越重要的工具。
然而，由于风工程问题的复杂性，要深入了解由于空气流动所引起的许多复杂作用，风洞试验仍然是起着非常重要的作用。
在整个50 年代和60 年代初，建筑物和桥梁风洞试验都是在为研究飞行器空气动力学性能而建的“航空风洞”的均匀流场中进行，而试验结果往往被发现与实地观测结果不一致，原因显然在于风洞中的均匀气流与实际自然风的紊流之间所存在明显差别。
1950 年代末，丹麦的杰森对风洞模拟相似率问题作了重要的阐述，认为必须模拟大气边界层气流的特性。
1965 年，加拿大西安大略大学建成了世界上第一个大气边界层风洞，即具有较长试验段、能够模拟大气边界层内自然风的一些重要紊流特性的风洞。
紧接着，在美国的科罗拉多州立大学，舍马克教授也负责建造了一个大气边界层风洞，并首次用被动模拟方法对大气边界层的风特性进行了模拟，使结构抗风试验进入了精细化的新阶段，世界各地也随之陆续建成了许多不同尺寸的边界层风洞，从而大大促进了结构风工程的研究。
在早期的风洞中,大气边界层主要研究大气剪切流场的模拟.而在近期,除注意剪切流场的模拟外,已认识到流场湍流结构特性模拟的重要性,特别对大跨桥梁、高层建筑和高耸结构的风载和风振试验有十分重要的意义.二、大气边界层风洞简介2.1风洞试验的概念风洞是指一个按一定要求设计的、具有动力装置的、用于各种气动力试验的可控气流管道系统[2]。
虽然实际风洞有多种多样的形式，以适应不同的研究要求，但是从流动方式来看，总体上可划分为两个基本类型：即闭口回流式风洞和开口直流式风洞。
而从风洞试验段的构造来看又有封闭式和敞开式之分。
图1.闭口回流式风洞图2.开口回流式风洞风洞试验目前是结构抗风研究中最主要的方法。
借鉴航空领域的技术和方法，风洞试验在土木工程结构的抗风研究中发挥了巨大的作用。
但相比而言，土木工程结构的模型试验和航天航空器的模型试验有很多不同之处。
前者外形非常复杂，而后者则相对简单；前者处在高湍流的近地风场中且风场变化类型多，而和后者相关的流动则是低紊流流动；此外，前者尺度大，因而模型缩尺比例小，导致雷诺数模拟的难度比后者更加突出；前者处在低速流动中，不需要考虑流体的压缩性，而后者则需考虑流动的压缩效应，等等。
相对于航空风洞来说，用于土木工程结构的风洞一般都是风速较低的低速风洞，并且通常采用封闭式试验段。
为了能在风洞中对建筑结构所处的大气边界层风场进行合理的模拟，其试验段长度一般较大，因此，也被称为边界层风洞。
早在1894年丹麦人J.O.V. Irminger在风洞中测量建筑物模型的表面风压，然而直到1931年为了确定帝国大厦的设计风荷载，研究人员利用航空风洞进行了专门的模型风试验，风洞试验才成为研究结构风荷载的重要手段。
1940年美国旧塔科马海峡大桥发生风振坍塌事故后，人们才开始逐步研究并认识风对结构的动力作用。
1950年，为了探究塔科马海峡桥的风毁事故的确切原因，美国华盛顿州立大学的法库哈森教授通过全桥气弹模型风洞试验，成功地重现了塔科玛海峡大桥的颤振风毁现象，并对对桥梁的风振振动进行了研究，这也是第一次结构气弹模型试验。
结构风洞试验开始成为结构抗风设计和检验的重要手段而得到普遍发展，许多学者把研究机翼颤振的风洞试验方法引用到了桥梁的颤振研究，取得了一定的成果。
1950 年代末，丹麦的杰森提出了建筑结构风洞试验必须模拟大气边界层气流的特性。
1965 年，在达文波特负责下，加拿大西安大略大学建成了第一个大气边界层风洞，即具有较长试验段、能够模拟大气边界层内自然风的一些重要紊流特性的风洞。
随后，在美国建成了第一个用被动模拟方法对大气边界层风特性进行了模拟的结构风洞，使结构抗风试验进入了精细化的新阶段，世界各地也随之陆续建成了许多不同尺寸的边界层风洞，从而大大促进了结构风工程的研究。
2.2大气边界层的概念按照大气运动的动力学性质可以将对流层中的大气沿垂直方向粗略地分为上部自由大气层和下部的大气行星边界层。
受粗糙地表的摩擦而引起的阻滞作用的影响，大气边界层中的气流在近地表处的速度明显减慢，并在地表处降为零。
而由于相邻气层之间的紊流掺混使得这种地表阻滞或摩擦的影响可扩展到整个大气边界层，并在沿高度方向各气层之间产生剪切应力。
严格地讲，大气边界层的高度可达1~1.5km，在此范围内，风速是随高度的变化而变化。
再往上就是自由大气层，地表摩擦力对大气运动的影响可以忽略，气层之间的剪切应力基本等于零。
在自由大气层中，无加速的空气相对于地表的水平运动可以通过气压梯度力、地转偏向力和离心力之间的平衡来确定，风向与等压线保持一致，风速与高度无关。
图3.对流层结构示意图图4.大气边界层中的风速螺旋线大气流体动力学中，把气压梯度力、地转偏向力和离心力到达平衡的、与高度无关的定常风速称为梯度风速，常用U G 表示，边界层高度也因此而常被称为梯度风高度。
当所关心的区域远离气象系统中的低压或高压区时，等压线的半径很大，曲率很小，可近似为直线，此时可忽略作用在空气微团的离心力，与高度无关的定常风速由气压梯度力和地转偏向力的平衡条件确定，成为地转风速。
在大气边界层中，由于粗糙地表产生的摩擦力的影响，风向与等压线成一定的夹角。
随着高度的增加，地面摩擦效应的影响逐渐降低，这种夹角也越来越小，在梯度风高度处，夹角降为零，风向与等压线一致。
大气边界层内风速风向随高度的这种变化规律可用如图5.3所示的螺线来描绘，从地面至边界层高度顶，风向角的变化约为20°。
由于土木工程结构均建在大气边界层中，因此大气边界层内的风特性是土木工程结构设计者最为关心的。
三、大气边界层的风特性风特性研究是风工程的基础工作。
过去, 关于风的资料主要来源于各气象站约10米高风标上所安装的旋转杯式风速仪。
这种于1846 年发明的风速仪至今还在使用, 但由于仪器的惯性大, 它所测量的是有一定时距的平均风。
近50 年来, 测风仪器有了巨大的进步, 从较灵敏的螺旋桨式风速仪发展到激光、超声以及微波风速仪, 可用来测量空气的微小瞬时运动。
经过长期的现场实测，近地风可处理为平均风速和脉动风速的叠加；平均风速沿高度可用对数律或幂函数来描述，而脉动风的主要特征是紊流度、脉动风速自功率谱和互功率谱、紊流尺度等。
其他风特性参数，例如阵风因子、摩阻速度以及空间相关函数等可以认为是这些关键特性的延拓和补充。
在初步掌握这些重要特性的基础上，给出了这些特征量的推荐值和推荐公式。
尽管人们在强风分布及结构响应的实测方面做了很多努力，但是，由于强风分布特性现场实测的费用大、周期长、难度大，人们对近地风特性的认识还远不清楚。
目前国际上常用的几种脉动风速功率谱值（Davenport 谱, Kaimal 谱和Karman 谱等）在某些重要频段内相差很大，甚至以倍计。
脉动风速相干函数指数的推荐范围上下限的不同取值可能造成结构响应计算值的成倍差别。
台风的平均风剖面和紊流结构及登陆后的衰减特性如何？此外，人们对特殊地形（包括我国西部地区复杂地形）的强风分布特性的理解也还甚浅。
风参数的不确定性是影响结构抗风设计精度最重要的因素。
a).瞬时风速b).平均风速c).脉动风速图5.实测瞬时风速的分解四、大气边界层模拟方法研究现状在风洞中正确重现大气边界层的流动特性, 是风洞模拟试验结果具备可信性的必要条件, 也是风工程研究重要的基础工作[3]。
20世纪80年代以来大气边界层风特性的模拟技术，特别是大尺度湍流的模拟技术有了较大的发展；一些专用的测试设备和实验仪器研制成功，使得各种气象、地面和地形条件能够更好地在风洞中模拟，研究风载、风振的能力提高。