白 樺， 何晗欣， 劉健新， 趙國輝， 高 亮

(1.長安大學(xué) 公路學(xué)院，西安 710064；2. 西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，西安 710055；3. 西安理工大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，西安 710048)

?

格柵紊流風(fēng)特性參數(shù)模擬規(guī)律研究

白 樺1， 何晗欣2， 劉健新1， 趙國輝1， 高 亮3

(1.長安大學(xué) 公路學(xué)院，西安 710064；2. 西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，西安 710055；3. 西安理工大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，西安 710048)

為便于研究紊流風(fēng)特性參數(shù)對不同結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的影響，采用風(fēng)洞試驗(yàn)方法，通過對不同形式的格柵形成的局部紊流風(fēng)場參數(shù)進(jìn)行測試，總結(jié)格柵條間距、格柵條寬度對風(fēng)洞不同斷面紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度及脈動風(fēng)功率譜的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：距離格柵3.5 m處的橫截面即可形成均勻性較好的局部紊流風(fēng)場。格柵產(chǎn)生的紊流強(qiáng)度隨風(fēng)速變化不大。格柵越窄，紊流強(qiáng)度越低，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性越好。紊流積分尺度與格柵間距大致相當(dāng)。給出了依據(jù)格柵間距與格柵寬度估算紊流強(qiáng)度與紊流積分尺度的公式，便于局部紊流風(fēng)場調(diào)試。

橋梁工程；風(fēng)洞試驗(yàn)；格柵；紊流；風(fēng)特性參數(shù)

結(jié)構(gòu)風(fēng)工程是研究風(fēng)與結(jié)構(gòu)相互作用的學(xué)科，因?yàn)槠溲芯績?nèi)容與人類生活質(zhì)量和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，故具有十分重要的意義。風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬與現(xiàn)場實(shí)測是目前結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的主要方法，而風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)相對成熟，已經(jīng)成為大跨度橋梁、高層建筑以及大跨空間結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的重要技術(shù)保障。

風(fēng)洞試驗(yàn)必須在風(fēng)洞內(nèi)模擬大氣邊界層風(fēng)場特性，風(fēng)場參數(shù)主要包括紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度、脈動風(fēng)功率譜等紊流參數(shù)。多位學(xué)者研究指出，這些參數(shù)的正確模擬比風(fēng)剖面模擬更重要，特別是對橋梁及建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振而言[1-4]。要研究這些紊流參數(shù)對不同結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的影響規(guī)律往往要借助格柵風(fēng)場，即在風(fēng)洞的某一斷面形成紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度比較均勻的局部紊流風(fēng)場。王麗娟等[5]在同濟(jì)大學(xué)2號風(fēng)洞采用改變格柵寬度及縱、橫向距離的方法調(diào)試了三種局部紊流風(fēng)場，研究了紊流強(qiáng)度對顫振導(dǎo)數(shù)及顫振臨界風(fēng)速的影響規(guī)律。格柵局部紊流風(fēng)場的研究結(jié)果表明：紊流強(qiáng)度越接近格柵，均勻性越差，紊流強(qiáng)度值越大。靳欣華等[6]在同濟(jì)大學(xué)1號風(fēng)洞中采用邊長25 cm的正方形格柵孔形成紊流強(qiáng)度約為11%的均勻紊流，研究了氣動導(dǎo)納隨風(fēng)速與折減頻率的變化規(guī)律。諸葛萍[7]在西南交大2號風(fēng)洞中采用寬4 cm，間距25 cm的格柵在其下游3.5 m處形成紊流度約為7%，紊流積分尺度約為4.25 cm的均勻紊流場，研究了風(fēng)速、風(fēng)攻角對不同橋梁斷面氣動導(dǎo)納的影響。李鵬飛[8]在同濟(jì)大學(xué)1號風(fēng)洞中采用鋁合金型材組成格柵，在下游3.4 m橫斷面處通過改變格柵寬度形成了10%、16%、27%、30%四種紊流強(qiáng)度風(fēng)場，研究了紊流強(qiáng)度對不同橋梁斷面抖振的影響，可惜文中并沒有總結(jié)格柵的形式與所產(chǎn)生紊流強(qiáng)度大小之間的規(guī)律。任娜[9]在長安大學(xué)風(fēng)洞中通過改變格柵的寬度與間距產(chǎn)生了三種紊流強(qiáng)度風(fēng)場，研究了紊流強(qiáng)度對桁架橋顫振的影響，但也沒有總結(jié)格柵形成局部紊流風(fēng)場的規(guī)律。施文杰[10]在中國氣動中心低速所風(fēng)洞中采用寬2 cm，間距15 cm的格柵形成局部紊流場，測試得到紊流強(qiáng)度與紊流積分尺度值都很小，分析原因是格柵中心方孔與格柵寬度均較小所造成。盧占斌等[11]采用50%、60%、70%三種孔隙率的均勻網(wǎng)格產(chǎn)生局部紊流，研究了紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度隨孔隙率，格柵距離和風(fēng)速的變化規(guī)律，結(jié)果表明紊流強(qiáng)度隨孔隙率的增大有增大趨勢，紊流積分尺度隨孔隙率的增大呈下降趨勢。文中只進(jìn)行了三種孔隙率的局部紊流風(fēng)場調(diào)試，并沒有建立空隙率與局部紊流風(fēng)特性參數(shù)推導(dǎo)關(guān)系，不利于指導(dǎo)局部紊流風(fēng)場調(diào)試。

以上風(fēng)特性參數(shù)對風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的影響，研究人員往往直接通過測量試驗(yàn)風(fēng)場的紊流參數(shù)值，對比不同紊流參數(shù)對試驗(yàn)結(jié)果的影響，并未總結(jié)在風(fēng)洞中實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)特性參數(shù)指標(biāo)的方法及規(guī)律，本文將采用格柵形成局部紊流風(fēng)場，通過對16種不同尺寸的格柵進(jìn)行風(fēng)場測試，總結(jié)格柵對風(fēng)洞不同橫截面紊流風(fēng)特性參數(shù)的影響規(guī)律[12]。使研究人員掌握紊流風(fēng)參數(shù)隨格柵形式的變化規(guī)律，便于在風(fēng)洞中調(diào)試出不同的目標(biāo)紊流參數(shù)值，以利于開展紊流風(fēng)特性參數(shù)對不同結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果影響的專項研究。

1 紊流風(fēng)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室模擬

1.1 紊流風(fēng)參數(shù)

通常用紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度和脈動風(fēng)功率譜這三個參數(shù)描述紊流風(fēng)特性。

紊流強(qiáng)度是描述大氣紊流最常用的參數(shù)。順風(fēng)向紊流強(qiáng)度定義為:

(1)

式中,σu為脈動分量平均變化幅度，U為平均風(fēng)速。

紊流積分尺度反映了紊流中旋渦的平均尺度。順風(fēng)向紊流積分尺度可定義為:

(2)

式中,Ru1u2(x)為順風(fēng)向風(fēng)速u1與u2的互相關(guān)函數(shù)，σu為u1與u2的均方根。

脈動風(fēng)功率譜反映了紊流中各頻率所做貢獻(xiàn)。我國《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的Kaimal譜定義為:

(3)

式中,n為風(fēng)的脈動頻率，Su(n)為順風(fēng)向功率譜密度函數(shù)，f=nz/uz為莫寧坐標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)概況

格柵與格柵之間為正方形的中心方孔，布置形式如圖1所示。下文中用H表示格柵寬度，W表示格柵中心孔的尺寸。表1給出了不同工況下格柵寬度與格柵中心方空的尺寸。風(fēng)洞的斷面尺寸為寬3.0 m×高2.5 m。

圖1 格柵示意圖Fig.1 Sketches of the grilles表1 各工況參數(shù)Tab.1 The parameters of different schemes

工況W/mH/m工況W/mH/m10.200.1090.400.1020.200.15100.400.1530.200.20110.400.2040.200.25120.400.2550.300.10130.600.1060.300.15140.600.1570.300.20150.600.2080.300.25160.600.25

圖2 測點(diǎn)位置示意圖Fig.2 Sketches of the measuring-points

圖2給出了在格柵形成的局部紊流風(fēng)場中，采用丹麥DANTEC公司的Stream Line熱線風(fēng)速儀測量紊流風(fēng)特性參數(shù)的測點(diǎn)位置示意。在風(fēng)洞橫截面的正中心位置布置測點(diǎn)a，水平方向距離a點(diǎn)0.5 m布置測點(diǎn)b、c；豎直方向距離a點(diǎn)0.2 m布置測點(diǎn)d、f。格柵布置如圖3所示，16種工況的格柵布置均是在風(fēng)洞橫截面中心位置沿水平與豎直方向各布置一根格柵，其余格柵間距與尺寸均以中心這兩根格柵為參照，向四周擴(kuò)展布置。這樣就保證了不同工況下測點(diǎn)與格柵的相對位置保持不變。

1.3 流場均勻性檢驗(yàn)

為了測試氣流經(jīng)過格柵后在風(fēng)洞不同橫截面位置形成風(fēng)場的均勻性，在格柵下游距離格柵2.5 m、3.5 m、4.5 m三個斷面測試其均勻性。試驗(yàn)風(fēng)速為4 m/s、5 m/s、8 m/s、10 m/s、12 m/s、15 m/s，為保證數(shù)據(jù)的有效性，16種工況每個風(fēng)速下數(shù)據(jù)各采集3次。

表2給出了3個橫截面的試驗(yàn)結(jié)果?？梢姡壕嚯x格柵越遠(yuǎn)，橫截面的紊流強(qiáng)度值越小。每向下游移動1 m，紊流強(qiáng)度減小的幅值約為1.5%左右。距離格柵越近，各測點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差越大，數(shù)據(jù)波動越厲害。當(dāng)距離大于3.5 m后，橫截面各測點(diǎn)數(shù)據(jù)波動明顯減小，斷面均勻性變好。圖4(a)給出了3.5 m橫截面處5個測點(diǎn)在不同風(fēng)速下的紊流強(qiáng)度結(jié)果，在此斷面不同位置的紊流強(qiáng)度值雖有波動，但波動幅度不超過2.5%，橫截面的均勻性較好。

圖3 格柵風(fēng)洞試驗(yàn)Fig.3 Wind tunnel test of grilles表2 不同斷面紊流強(qiáng)度與紊流積分尺度結(jié)果Tab.2 The results of turbulence intensity and turbulence integral scale at different sections

斷面/m紊流強(qiáng)度平均值/%最大值/%最小值/%標(biāo)準(zhǔn)差紊流積分尺度平均值/m最大值/m最小值/m標(biāo)準(zhǔn)差2.519.9223.4118.031.410.190.400.110.063.518.7119.9117.550.750.230.310.160.034.517.2918.7016.310.730.240.320.190.03

圖4 3.5 m斷面各測點(diǎn)紊流強(qiáng)度及紊流積分尺度Fig.4 Turbulence intensity and turbulence integral scale of different measuring-points at 3.5 m section

圖4(b)給出了在格柵下游3.5 m橫截面處5個測點(diǎn)的紊流積分尺度結(jié)果，與紊流強(qiáng)度一樣，同一位置采集得到的紊流積分尺度也會發(fā)生波動，越靠近格柵，波動越大。紊流積分尺度在2.5 m橫截面處不同位置最大相差約0.3 m，其余斷面的均勻性較好，變化幅度不超過0.15 m。與紊流強(qiáng)度規(guī)律不同，測點(diǎn)位置向下游移動，紊流積分尺度沒有出現(xiàn)明顯的衰減?？梢?，氣流經(jīng)過格柵后，距離格柵3.5 m橫截面處即可形成均勻性較好的局部紊流風(fēng)場，試驗(yàn)可以在此斷面進(jìn)行。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1.4.1 紊流強(qiáng)度

圖5給出了格柵寬度對紊流強(qiáng)度的影響?？梢姡猴L(fēng)速的改變不會對紊流強(qiáng)度產(chǎn)生明顯影響。格柵越寬，紊流強(qiáng)度越大；格柵越窄，紊流強(qiáng)度越小，但數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性變好。如格柵中心孔尺寸為0.6 m時，格柵寬度由0.1 m增大到0.25 m，斷面紊流強(qiáng)度均值也由22%增大到35%。

圖5 格柵寬度對紊流強(qiáng)度的影響Fig.5 Width of grilles influence on the turbulence intensity

圖6給出了W分別為0.6 m、0.4 m、0.3 m、0.2m時，斷面平均紊流強(qiáng)度與H的關(guān)系曲線?？捎枚味囗検焦浪阄闪鲝?qiáng)度。表3給出了紊流強(qiáng)度的估算公式，當(dāng)確定好格柵風(fēng)場的W與H值后，可由此式估算出格柵下游3.5 m橫截面處的紊流強(qiáng)度。

圖6 格柵寬度對紊流強(qiáng)度的影響曲線Fig.6 The curves of width of grilles influence on the turbulence intensity表3 格柵紊流場紊流強(qiáng)度估算公式Tab.3 The estimate formula of turbulence intensity in turbulent wind of grilles

W/cm紊流強(qiáng)度估算公式系數(shù)60y=0.00002H2+0.008H+0.14a=7.9×10-9W3-8.2×10-7W2+2.3×10-6W+0.0011;40y=0.0004H2-0.002H+0.17y=aH2+bH+cb=-1.2×10-6W3+0.00014W2-0.004W+0.02;30y=0.00065H2-0.013H+0.24c=1.1×10-5W3-0.0012W2+0.037W-0.078;20y=0.00089H2-0.0175H+0.27

表4給出了各工況紊流強(qiáng)度結(jié)果。可見：H不變時，改變格柵間距對紊流強(qiáng)度的影響規(guī)律不明顯。分析原因是格柵較寬，會產(chǎn)生較大的紊流強(qiáng)度，這種較大的紊流強(qiáng)度已經(jīng)接近達(dá)到格柵風(fēng)場所能形成的紊流強(qiáng)度極值，故通過改變格柵間距無法使紊流強(qiáng)度繼續(xù)增大。當(dāng)格柵較窄時，所產(chǎn)生的最大紊流強(qiáng)度僅近似等于格柵寬度較寬時所產(chǎn)生的最小紊流強(qiáng)度，紊流強(qiáng)度也無法通過增大格柵間距而增大，故紊流強(qiáng)度受格柵寬度的影響較明顯，受格柵間距離的影響較小。

圖7繪出了紊流強(qiáng)度隨W與H的變化情況?？梢姡何闪鲝?qiáng)度基本隨W與H增大而增大，且受H的影響更明顯。因此增加格柵寬度是一種有效提高流場紊流強(qiáng)度的方法。

表4 各工況紊流強(qiáng)度Tab.4 The turbulence intensity of different schemes

圖7 紊流強(qiáng)度隨格柵中心孔尺寸與格柵寬度變化Fig.7 The variation of turbulence intensity with the width and space of grilles

1.4.2 紊流積分尺度

圖8給出了紊流積分尺度隨格柵寬度的變化情況。對比圖6，由擬合曲線可見紊流積分尺度隨格柵寬度的變化規(guī)律不明顯，當(dāng)W=0.6 m時，紊流積分尺度隨格柵寬度的增大而增大，呈單調(diào)遞增趨勢，當(dāng)w=0.4 m、0.3 m、0.2 m時，這種趨勢變?yōu)橄仍龃蠛鬁p小的趨勢。故不易給出推導(dǎo)公式估算紊流積分尺度。

W=0.4 m，積分尺度最大值約為0.41 m；W=0.3 m，積分尺度最大值約為0.29 m；W=0.2 m，忽略阻風(fēng)面積過大的工況3、4得到的不穩(wěn)定數(shù)據(jù)，紊流積分尺度最大值為0.28 m。故格柵形成的局部紊流風(fēng)場，其最大紊流積分尺度和格柵間距大致相等。

表5給出了各工況紊流積分尺度值，單位為m。括號內(nèi)的數(shù)值為H與W的比值?？梢姡何闪鞣e分尺度的波動較紊流強(qiáng)度大很多。格柵寬度不變壓縮格柵中心孔尺寸，紊流積分尺度會出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。通常當(dāng)H/W=0.5 cm時會出現(xiàn)較大的紊流積分尺度。如H=0.1 m時，W由0.6 m減小到0.3 m，紊流積分尺度維持在0.1 m左右，繼續(xù)減小W到0.2 m，紊流積分尺度會突然增大到0.24 m。其它寬度的格柵也存在這種現(xiàn)象。圖9給出了紊流積分尺度隨H與W變化的三維圖，也反映出了這種現(xiàn)象。

表5 各工況紊流積分尺度Tab.6 The turbulence integral scale of different schemes

圖8 格柵寬度對紊流積分尺度影響曲線Fig.8 The curves of width of grilles influence on the turbulence integral scale

圖9 紊流積分尺度隨格柵寬度與中心孔尺寸變化Fig.9 The variation of turbulence integral scale with the width and space of grilles

1.4.3 脈動風(fēng)功率譜

圖10 格柵寬度對脈動風(fēng)功率譜的影響Fig.11 Width of grilles influence on the fluctuating wind power spectra

圖10給出了W=0.6 m、W=0.4 m時，H對脈動風(fēng)功率譜的影響，可見：不同格柵形成的局部紊流風(fēng)場脈動風(fēng)功率譜均與我國《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的Kaimal譜較吻合，低頻部分格柵紊流風(fēng)場的功率譜較Kaimal譜小，主要是因?yàn)樵陲L(fēng)洞中采用被動模擬這種方式產(chǎn)生紊流風(fēng)場，很難提高低頻部分的功率譜。從功率譜的整體變化情況可見：不同格柵紊流工況下，風(fēng)場的能量結(jié)構(gòu)沒有顯著區(qū)別。

圖11 不同中心孔尺寸對脈動風(fēng)功率譜的影響Fig.11 Different space of grilles influence on the fluctuating wind power spectra

圖11給出了H=0.15 m時，W對脈動風(fēng)功率譜的影響?？梢姡篧由0.3 m增大到0.4 m，脈動風(fēng)功率譜變化不明顯。W由0.6 m減小為0.2 m，由圖12(b)可見：脈動風(fēng)功率譜發(fā)生了小幅變化，W=0.6 m時紊流場低頻部分的能量偏低，但風(fēng)場中總的能量結(jié)構(gòu)基本與我國《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》采用的Kaimal譜吻合。分析原因，脈動風(fēng)功率譜表示紊流能量在各種結(jié)構(gòu)尺度上的分布，試驗(yàn)采用了相同幾何結(jié)構(gòu)的格柵，所以造成紊流場中流動結(jié)構(gòu)的相似性。

2 結(jié) 論

(1)格柵形成局部紊流風(fēng)場，在格柵下游3.5 m處的橫截面即可形成均勻性較好的局部紊流風(fēng)場。距離格柵越近，風(fēng)洞橫截面不同位置的紊流強(qiáng)度波動越大。距離格柵越遠(yuǎn)，紊流強(qiáng)度逐漸衰減，橫截面每向下游移動1 m，紊流強(qiáng)度減小1.5%左右。紊流積分尺度沒有出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象。

(2)固定格柵中心方孔尺寸，格柵寬度越窄，紊流強(qiáng)度越低。

(3)局部紊流風(fēng)場所形成的最大紊流積分尺度與格柵中心方孔的尺寸大致相當(dāng)。

(4)給出了距離格柵3.5 m橫截面處依據(jù)格柵寬度的二次多項式估算紊流強(qiáng)度的公式，二次多項式中各項系數(shù)均可用格柵孔邊長的三次多項式表示。

(5)不同格柵形成的局部紊流風(fēng)場脈動風(fēng)功率譜在高頻部分(nZ/U>0.1)均與我國《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的Kaimal譜較吻合，風(fēng)場的能量結(jié)構(gòu)沒有顯著區(qū)別。低頻部分存在一定偏差，風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果偏小。

[1] BUCHER C G, LIN Y K. Effects of wind turbulence on motion stability of long-span bridge[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1990,36(36): 1355-1364.

[2] HOLD A E, HOUGHTON E L, BHINDER F S. Some effects due to variations in turbulence integral length scale on the pressure distribution on wind-tunnel models of low-rise buildings[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 1982, 10(1): 103-115.

[3] STATHOPOULOS T. Scale effects in wind tunnel testing of low buildings[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 1983, 13(1/2/3): 314-326.

[4] WANG Tao, HAN Wanshui, YANG Fei, et al. Wind-vehicle-bridge coupled vibration analysis based on random traffic flow simulation[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering: English Edition, 2014, 22(4): 293-308.

[5] 王利娟，林志興. 紊流對橋梁顫振特性影響的試驗(yàn)研究[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2001,29(4): 390-395. WANG Lijuan, LIN Zhixing. Experimental study of turbulence effects on bridge flutter[J]. Journal of Tongji University, 2001,29(4): 390-395.

[6] 靳欣華, 項海帆, 陳艾榮. 平板氣動導(dǎo)納識別理論及測量[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2003, 31(10):1168-1172. JIN Xinhua, XIANG Haifan, CHEN Airong. Identification of flat-plat aerodynamic admittance, theory and test[J]. Journal of Tongji University, 2003, 31(10):1168-1172.

[7] 諸葛萍. 橋梁氣動導(dǎo)納試驗(yàn)研究及斜拉橋抖振響應(yīng)分析[D]. 四川：西南交通大學(xué)，2008.

[8] 李鵬飛. 脈動風(fēng)特性及其對橋梁主梁斷面的抖振作用研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

[9] 任娜. 桁架橋梁顫振導(dǎo)數(shù)的影響因素研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2010.

[10] 施文杰. 大跨度斜拉橋主梁斷面氣動導(dǎo)納試驗(yàn)研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2009.

[11] 盧占斌, 魏慶鼎. 網(wǎng)格紊流CAARC模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)[J]. 空氣動力學(xué)學(xué)報, 2001,19(3):16-23. LU Zhanbin, WEI Qingding. An experiment on a CAARC model in grille turbulent flow[J]. ACTA Aerodynamica Sinica, 2001,19(3):16-23.

[12] 白樺. 影響橋梁及建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果若干因素研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2012.

Wind characteristic parameters in grille turbulent flow

BAI Hua1, HE Hanxin2, LIU Jianxin1, ZHAO Guohui1, GAO Liang3

(1. School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China;2. School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China;3. School of Civil Engineering and Architecture, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

For studying the effects of turbulence characteristic parameters on the wind tunnel test results of different structures, the parameters of local turbulent wind field produced by different grille shapes were measured and the influences of the distance between two grilles and the widths of grilles on the turbulence intensity, turbulence integral scale and fluctuating wind power spectra at different cross section were analysed by means of wind tunnel tests. The results show that the local turbulent wind field with good uniformity can be developed at the cross section 3.5 meters away from grilles. The turbulence intensity generated by grilles changes little with the change of wind velocity. Smaller widths of grilles and lower turbulence intensity can make better the stability of data. The size of turbulence integral scale is nearly the same as the distance between the two grilles. To facilitate the local turbulent wind adjustment, the estimation formula for turbulence intensity and turbulence integral scale according to the width and space of grilles was provided.

bridge engineering; wind tunnel test; grille; turbulence; wind characteristic parameters

中國博士后科學(xué)基金項目(2014M560737);中國博士后科學(xué)基金特別資助項目(2016T90876)；西安理工大學(xué)科學(xué)研究計劃項目(2015CX017)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項資金項目(0009-2014G1211005;0009-2014G1211006)

2015-06-29 修改稿收到日期：2015-11-12

白樺 男，博士后，1979年生 E-mail:baihua9810@163.com

U448.27；TU317.1

A

10.13465/j.cnki.jvs.2016.22.031