|
| |
  |
Перейти на главную Журналы На рис, 1, а приведен энергетический спектр пульсации продоль-пой компоненты скорости в интервале периодов от 5 с до 10 ч, полученный Ван дер Ховеном [80]. Как видно, имеется -два участка спектра: турбулентный с максимумом энергии, приходящимся на период 7*л;! мнк, и синоптический с максимумом энергии на период Г л; 4 сут и частным максимумом на Г =10 ч. Между этими двумя максимумами существует широкий минимум спектра в интервале периодов от нескольких минут до нескольких часов. Это позволяет разбить спектр пульсаций скорости на два участка: микрометеорологический (высокочастотный) с периодами и секунды и минуты и макрометеорологический (низкочастотный) с периодами в десятки и сотни часов. Наличие минимума позволяет представить ветровую нагрузку па сооружение в виде двух слагаемых, из которых одно соответствует в среднем установившейся скорости ветра и действует статически (статическая составляющая ветровой нагрузки), другое зависит от пульсационной части продольной компоненты скорости и оказывает на сооружение динамическое воздействие (динамическая составляющая ветровой нагрузки). Указанный минимум дает также возможность найти такой интервал осреднения продольной скорости ветра, который значительно превосходит период турбулентных пульсаций, но в то же время не слишком велик, чтобы длиинопериодные колебания влияли на средине значения скорости, полученные по этому интервалу. В главе СНиП 11-6-74 использован эмпирический спектр Давен-порта [56], полученный на основе анализа спектров продольной пульсации скорости при сильных ветрах, Этот спектр имеет вид где fo - средняя часовая скорость ветра на стандартной высоте анемометра (10 м); - коэффициент лобового сопротивления подстилающей поверхности, принимаемый в первом приближении равным 0,005 для открытой местности; 0,01 - для лесных массивов л жилых окраин городов; 0,04 -для центров городов; для открытого моря Ао*= 0,002; u*nLlv - приведенная частота, где L = 1200 м масштаб длины. Спектр Давенпорта на рис. 1,6 представлен в безразмерной форме nSj. (п)/о/, где S. (л) - энергетический спектр продольной компоненты скорости. По оси абсцисс отложены волновые числа nfv (частота, отнесенная к средней скорости на данном уровне). Как видно, имеется максимум спектра на длинах волн порядка 600- 700 м. По данным *Н. Ф. Мазурина [23], на уровне 8 м максимум спектра соответствует длинам волн порядка 500-600 м, на более высоких уровнях - 600-700 м. Таким образом, в пограничном слое атмосферы максимум спектра несколько смещается в сторону более uHSKifx частот по сравнению с приземным слоем, что свидетельствует об увеличении вклада низкочастотных гармоник в общую энергию. Для принятого спектра интенсивность турбулентности T,W = 2,45*{e(-)~° (2) зависит от высоты и от параметра шероховатости подстилающей поверхности. Средний квадрат пульсацид скорости Нормированный энергетический спектр пульсаций скбрости имеет вид Выражение (1) не учитывает изменчивость спектра с высотой. Изнеренкя [59], выполненные в 60-метровом приземном слое, показывают, что энергия пульсации при 10 м больше, чем при 60 м» особенно в интервале частот от 0,1 до I Гц (рис, 2). Лучшее со-гласевание с экспериментальными спектрами (рис 3) можно полу-   . :~-ju-bLJLujl. 0,0/ ОтШ 8.5! Л/  • ИЬм! г 1 1 гтг1 Рйс.. £. Энергетические спектрм пулъсацин скордсти аетрл  §,3 - i irt-i I ЦШОМО! OMSbfit 0,05 V{if Рнс. 3. Срдяиенне нспернцекпяь-инх саеитров со спектром Даисн-  чить, если в (1) вместо средней скорости на стандартном уровне принять для безразмерной частоты выражение и = • штаб Li=V v{z)/nuRKl (г)-средняя скорость на уровне г; «пни - частота. Гц, соответствующая пику энергетического спектра. Отметим, что спектр Давенпорта хорошо согласуется с предсказанием теории в инерционном интервале, т. е. при больших значениях и. В области низких частот выражение (1) иропорциональйо п и при я=0 оно равно нулю, в то время как согласно теории энергетический спектр стремится к константе. Действительно - (т) cos 2ялтйг, Так как интегральный масштаб времени = (т) dr, то при ft-О 8,(0)- Таким Образом, для спектра Давенпорта интегральный масштаб времени теоретически равен нулю. Несмотря на указанные замечания, спектр Давенпорта экспериментально надежно обоснован и в настоящее время наиболее часто используется в инженерных приложениях. Харрис [55] и Хино [65] предложили спектр типа Кармана [19J где и=Цг)п/и{г); А,=0,4751. Для рекомендуется следующее выражение: =-,-(-j , (6) «3 где at - показатель степени в законе, описывающем изменение скорости ветра по высоте; Ут(10)-интенсивность турбулентности на уровне Юм, принимаемая по формуле (2). Предложенный спектр показывает незначительное изменение его формы с увеличением расстояния от поверхности земли. Важное значение имеет частота Ппик гармоники турбулентного движения, содержащей максимальную энергию, В спектре Давенпорта Плик не зависит от высоты, шероховатости подстилающей поверхности и от скорости ветра, тогда как данные в работе t] показывают, что частота Пппк спектра сдвигается в сторону низких частот при увеличении расстояння от земли. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 |
