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大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
篇一：風(fēng)洞試驗(yàn)綜合
一. 風(fēng)洞試驗(yàn)簡(jiǎn)述：
實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)是空氣動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支，是用實(shí)驗(yàn)方法研究飛行器及其它物體在與空氣或其它氣體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的氣動(dòng)特性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和各種復(fù)雜物理現(xiàn)象。由于是直接研究物體與真實(shí)氣流間的相互作用，所得數(shù)據(jù)可以用作工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果并能揭示新的流動(dòng)現(xiàn)象，為理論分析提供物理模型。
實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)作為一門(mén)分支學(xué)科是20世紀(jì)40年代形成的。它的形成同飛行器高速發(fā)展，要求迅速獲得大量復(fù)雜、精確、可靠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有關(guān)。它的主要內(nèi)容除空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論外，還包括實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的知識(shí)。
實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)的主要任務(wù)是利用風(fēng)洞進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)流動(dòng)現(xiàn)象、探索和揭示流動(dòng)機(jī)理、尋求和了解流動(dòng)規(guī)律，并為飛行器提供優(yōu)良?xì)鈩?dòng)布局和空氣動(dòng)力特性數(shù)據(jù)，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的基本理論是相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理和相似理論。
相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理：無(wú)論是固體以某一均勻速度在靜止的流體中運(yùn)動(dòng)，還是流體以相同速度流經(jīng)固體，兩者之間的相互作用力恒等。
相似理論：論述物理現(xiàn)象相似的條件和相似現(xiàn)象的性質(zhì)的學(xué)說(shuō)。是模擬的理論基礎(chǔ)。相似理論的重要課題是確定各種物理現(xiàn)象的相似準(zhǔn)數(shù)。
風(fēng)洞是進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種主要設(shè)備，幾乎絕大多數(shù)的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)都在各種類型的風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞的工作原理是使用動(dòng)力裝置在一個(gè)專門(mén)設(shè)計(jì)的管道內(nèi)驅(qū)動(dòng)一股可控氣流，使其流過(guò)安置在實(shí)驗(yàn)段的靜止模型，模擬實(shí)物在靜止空氣中的運(yùn)動(dòng)。測(cè)量作用在模型上的空氣動(dòng)力，觀測(cè)模型表面及周圍的流動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)相似理論將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成可用于實(shí)物的相似準(zhǔn)數(shù)。實(shí)驗(yàn)段是風(fēng)洞的中心部件，實(shí)驗(yàn)段流場(chǎng)應(yīng)模擬真實(shí)流場(chǎng)，其氣流品質(zhì)如均勻度、穩(wěn)定度（指參數(shù)隨時(shí)間變化的情況）、湍流度等，應(yīng)達(dá)到一定指標(biāo)。
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是：
�、� 實(shí)驗(yàn)條件（包括氣流狀態(tài)和模型狀態(tài)兩方面）易于控制。
② 流動(dòng)參數(shù)可各自獨(dú)立變化。
�、� 模型靜止，測(cè)量方便而且容易準(zhǔn)確。
�、� 一般不受大氣環(huán)境變化的影響 。
⑤ 與其他空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)手段相比，價(jià)廉、可靠等。
缺點(diǎn)是難以滿足全部相似準(zhǔn)數(shù)相等，存在洞壁和模型支架干擾等，但可通過(guò)數(shù)據(jù)修正方法部分或大部分克服。
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要常規(guī)試驗(yàn)有測(cè)力試驗(yàn)、測(cè)壓試驗(yàn)和流態(tài)觀測(cè)試驗(yàn)等。測(cè)力和測(cè)壓試驗(yàn)是測(cè)定作用于模型或模型部件（如飛行器模型中的一個(gè)機(jī)翼等）的氣動(dòng)力及表面壓強(qiáng)分布，多用于為飛行器設(shè)計(jì)提供氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)。流態(tài)觀測(cè)試驗(yàn)廣泛用于研究流動(dòng)的基本現(xiàn)象和機(jī)理。
二. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
1. 根據(jù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段尺寸和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求完成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)和模型支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
2. 編寫(xiě)模型測(cè)力和流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)大綱（或?qū)嶒?yàn)任務(wù)書(shū)）。
3. 固定風(fēng)速，改變模型姿態(tài)（例如，改變模型迎角）測(cè)量不同姿態(tài)下的模型氣動(dòng)力；對(duì)模型做重復(fù)性試驗(yàn)。
4. 對(duì)測(cè)力模型做流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)（分別做模型煙流顯示實(shí)驗(yàn)和油流顯示實(shí)驗(yàn)）
三. 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備：
D1低速風(fēng)洞主要組成部分為實(shí)驗(yàn)段、擴(kuò)壓段、拐角和導(dǎo)流片、穩(wěn)定段、收縮段以及動(dòng)力段。實(shí)驗(yàn)段截面為橢圓面，其入口長(zhǎng)軸為102cm，短軸為76cm，出口處長(zhǎng)軸為107cm，短軸為81cm；實(shí)驗(yàn)段全長(zhǎng)1.45m；實(shí)驗(yàn)段的最大流速為50m/s；紊流度為0.3%；實(shí)驗(yàn)段模型安裝區(qū)內(nèi)，速壓不均勻度3%。其上游收縮段的收縮比為8.4。D1低速風(fēng)洞采用可控硅控制無(wú)級(jí)調(diào)速；配置有尾撐式—機(jī)構(gòu)及內(nèi)式六分量應(yīng)變天平。由信號(hào)放大器（GDA—10），A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集板和計(jì)算機(jī)構(gòu)成測(cè)力天平信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)原理：
當(dāng)物體以某一速度在靜止的空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣流對(duì)物體的作用與同一速度的氣流流過(guò)靜止物體時(shí)的作用完全相同。風(fēng)洞就是一種產(chǎn)生人工氣流，對(duì)固定于風(fēng)洞試驗(yàn)段的`模型產(chǎn)生氣動(dòng)力作用的管道設(shè)備。
六分量應(yīng)變天平：是一種專用的測(cè)力傳感器。用于測(cè)量作用在模型上的空氣動(dòng)力的大小。該天平能測(cè)量升力、阻力、側(cè)力、俯仰力矩、偏航力矩和滾轉(zhuǎn)力矩。它由應(yīng)變片、彈性元件、天平體和一些附件組成。應(yīng)變天平是一種將機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏枯敵龅膶Ｓ迷O(shè)備。它是運(yùn)用位移測(cè)量原理，利用天平的變形來(lái)測(cè)量外力大小。將應(yīng)變片貼在天平彈性元件上，彈性元件上的應(yīng)變與外力大小成比例，應(yīng)變片連接組成測(cè)量電橋，接入測(cè)量線路中，即可測(cè)出力的大小。應(yīng)變天平在測(cè)量過(guò)程中的參量變化過(guò)程如下：
PRUV
其中：
P—天平彈性元件上承受的氣動(dòng)力。
—在氣動(dòng)力P的作用下彈性元件上的應(yīng)變。
R—貼在彈性元件上的應(yīng)變片在彈性元件產(chǎn)生應(yīng)變的情況下產(chǎn)生的電阻增量。
U—由應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻增量R而引起的測(cè)量電橋產(chǎn)生的輸出電壓增量（mV）。
V—檢測(cè)儀器所指示的讀數(shù)增量（V）。
右下圖為一六分量應(yīng)變天平測(cè)量電橋示意圖。圖中標(biāo)有號(hào)碼處為粘貼有電阻應(yīng)變片的天平元件。例如號(hào)碼1、2、3、4為天平升力元件的四個(gè)電阻阻值相等的應(yīng)變片，它們構(gòu)成了一個(gè)全橋電路。當(dāng)天平升力元件
受載后，在電橋AC端將會(huì)有電壓信號(hào)U輸出，
該信號(hào)U將被引入信號(hào)放大器。
信號(hào)放大器（GDA—10）：其功用是將來(lái)自于天平
各分量電橋的微小電壓輸出放大到能被計(jì)算機(jī)接
受的電壓值。
A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集板：由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)
字信號(hào)，而天平各分量的輸出信號(hào)是模擬信號(hào)，因
此須先用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集板將天平輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，方能由計(jì)算機(jī)對(duì)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
計(jì)算機(jī)：通過(guò)已有程序軟件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏y(cè)力進(jìn)行過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集和后處理。 模型煙線流動(dòng)顯示、表面油流顯示原理參見(jiàn)附錄1、2。
四. 實(shí)驗(yàn)步驟：
1） 將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b于測(cè)力天平上。對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鏊交虼怪闭{(diào)整。將模型的
攻角、側(cè)滑角分別調(diào)整為0角。
2） 檢查各有關(guān)設(shè)備之間的連線是否連接正確。
3） 打開(kāi)計(jì)算機(jī)，然后是放大器及天平電源。
4） 通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)力系統(tǒng)軟件檢測(cè)天平各分量的信號(hào)輸出值是否正常。通常未
篇二：風(fēng)洞試驗(yàn)研究綜述
摘要：本文介紹了大氣邊界層風(fēng)洞的發(fā)展過(guò)程和模擬方法。大氣邊界層的模擬方法主要有主動(dòng)模擬方法和被動(dòng)模擬方法，前者包括多風(fēng)扇風(fēng)洞技術(shù)與振動(dòng)尖塔技術(shù)，后者采用尖劈、粗糙元、擋板、格柵等裝置進(jìn)行模擬。被動(dòng)模擬技術(shù)較為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，所以得到了廣泛采用。
關(guān)鍵詞：風(fēng)洞；大氣邊界層；主動(dòng)模擬；被動(dòng)模擬.
Performance of Simulation of Atmospheric Boundary Layerin Wind
Tunnels
xude
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 activesimulation and passive simulation. The active simulation mainly include multiplefans wind tunnel technology and vibratile spire
technology. The equipments of thepassive simulation main include spire, roughness element, apron and gridiron. Thepassive simulation technology is simple and economical, so it has been widely used.
Key words：wind tunnel; atmospheric boundary layer; active simulation; passivesimulation.
一、引言
1940年，美國(guó)塔科馬懸索橋由于風(fēng)致振動(dòng)而破壞的風(fēng)毀事故,首次使科學(xué)家和工程師們認(rèn)識(shí)到了風(fēng)的動(dòng)力作用的巨大威力[1]。在此之前， 1879年發(fā)生了蘇格蘭泰橋的風(fēng)毀事故已經(jīng)使工程師們認(rèn)識(shí)到風(fēng)的靜力作用。塔科馬橋的風(fēng)毀開(kāi)始了土木工程界考慮橋梁風(fēng)致振動(dòng)的新時(shí)期，并以此為起點(diǎn), 發(fā)展成為了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)風(fēng)工程學(xué)。
結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究方法可分為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、風(fēng)洞試驗(yàn)和理論計(jì)算三種。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法是一種有效的驗(yàn)證理論計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)方法和結(jié)構(gòu)的手段；然而，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需要花費(fèi)巨大，試驗(yàn)環(huán)境條件很難人為控制和改變。與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法相比，風(fēng)洞試驗(yàn)兼具直觀性和節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以上人為地控制、調(diào)節(jié)和重復(fù)一些試驗(yàn)條件，是一種很好的研究結(jié)構(gòu)風(fēng)工程現(xiàn)象的變參數(shù)影響和機(jī)理的手段。近些年來(lái)隨著流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)逐漸成為風(fēng)工程研究中越來(lái)越重要的工具。然而，由于風(fēng)工程問(wèn)題的復(fù)雜性，要深入了解由于空氣流動(dòng)所引起的許多復(fù)雜作用，風(fēng)洞試驗(yàn)仍然是起著非常重要的作用。
在整個(gè)50 年代和60 年代初，建筑物和橋梁風(fēng)洞試驗(yàn)都是在為研究飛行器空氣動(dòng)力學(xué)性能而建的“航空風(fēng)洞”的均勻流場(chǎng)中進(jìn)行，而試驗(yàn)結(jié)果往往被發(fā)現(xiàn)與實(shí)地觀測(cè)結(jié)果不一致，原因顯然在于風(fēng)洞中的均勻氣流與實(shí)際自然風(fēng)的紊流之間所存在明顯差別。1950 年代末，丹麥的杰森對(duì)風(fēng)洞模擬相似率問(wèn)題作了重要的闡述，認(rèn)為必須模擬大氣邊界層氣流的特性。
1965 年，加拿大西安大略大學(xué)建成了世界上第一個(gè)大氣邊界層風(fēng)洞，即具有較長(zhǎng)試驗(yàn)段、能夠模擬大氣邊界層內(nèi)自然風(fēng)的一些重要紊流特性的風(fēng)洞。緊接著，在美國(guó)的科羅拉多州立大學(xué)，舍馬克教授也負(fù)責(zé)建造了一個(gè)大氣邊界層風(fēng)洞，并首次用被動(dòng)模擬方法對(duì)大氣邊界層的風(fēng)特性進(jìn)行了模擬，使結(jié)構(gòu)抗風(fēng)試驗(yàn)進(jìn)入了精細(xì)化的新階段，世界各地也隨之陸續(xù)建成了許多不同尺寸的邊界層風(fēng)洞，從而大大促進(jìn)了結(jié)構(gòu)風(fēng)工程的研究。
在早期的風(fēng)洞中,大氣邊界層主要研究大氣剪切流場(chǎng)的模擬.而在近期,除注意剪切流場(chǎng)的模擬外,已認(rèn)識(shí)到流場(chǎng)湍流結(jié)構(gòu)特性模擬的重要性,特別對(duì)大跨橋梁、高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)的風(fēng)載和風(fēng)振試驗(yàn)有十分重要的意義.
二、大氣邊界層風(fēng)洞簡(jiǎn)介
2.1風(fēng)洞試驗(yàn)的概念
風(fēng)洞是指一個(gè)按一定要求設(shè)計(jì)的、具有動(dòng)力裝置的、用于各種氣動(dòng)力試驗(yàn)的可控氣流管道系統(tǒng)[2]。雖然實(shí)際風(fēng)洞有多種多樣的形式，以適應(yīng)不同的研究要求，但是從流動(dòng)方式來(lái)看，總體上可劃分為兩個(gè)基本類型：即閉口回流式風(fēng)洞和開(kāi)口直流式風(fēng)洞。而從風(fēng)洞試驗(yàn)段的構(gòu)造來(lái)看又有封閉式和敞開(kāi)式之分。
圖1.閉口回流式風(fēng)洞
風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)壳笆墙Y(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究中最主要的方法。借鑒航空領(lǐng)域的技術(shù)和方法，風(fēng)洞試驗(yàn)在土木工程結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)研究中發(fā)揮了巨大的作用。但相比而言，土木工程結(jié)構(gòu)的模型試驗(yàn)和航天航空器的模型試驗(yàn)有很多不同之處。前者外形非常復(fù)雜，而后者則相對(duì)簡(jiǎn)單；前者處在高湍流的近地風(fēng)場(chǎng)中且風(fēng)場(chǎng)變化類型多，而和后者相關(guān)的流動(dòng)則是低紊流流動(dòng)；此外，前者尺度大，因而模型縮尺比例小，導(dǎo)致雷諾數(shù)模擬的難度比后者更加突出；前者處在低速流動(dòng)中，不需要考慮流體的壓縮性，而后者則需考慮流動(dòng)的壓縮效應(yīng)，等等。
相對(duì)于航空風(fēng)洞來(lái)說(shuō)，用于土木工程結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞一般都是風(fēng)速較低的低速風(fēng)洞，并且通常采用封閉式試驗(yàn)段。為了能在風(fēng)洞中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所處的大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行合理的模擬，其試驗(yàn)段長(zhǎng)度一般較大，因此，也被稱為邊界層風(fēng)洞。
早在1894年丹麥人J.O.V. Irminger在風(fēng)洞中測(cè)量建筑物模型的表面風(fēng)壓，然而直到1931年為了確定帝國(guó)大廈的設(shè)計(jì)風(fēng)荷載，研究人員利用航空風(fēng)洞進(jìn)行了專門(mén)的模型風(fēng)試驗(yàn)，風(fēng)洞試驗(yàn)才成為研究結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的重要手段。
1940年美國(guó)舊塔科馬海峽大橋發(fā)生風(fēng)振坍塌事故后，人們才開(kāi)始逐步研究并認(rèn)識(shí)風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用。1950年，為了探究塔科馬海峽橋的風(fēng)毀事故的確切原因，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的法庫(kù)哈森教授通過(guò)全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)，成功地重現(xiàn)了塔科瑪海峽大橋的顫振風(fēng)毀現(xiàn)象，并對(duì)對(duì)橋梁的風(fēng)振振動(dòng)進(jìn)行了研究，這也是第一次結(jié)構(gòu)氣彈模型試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)開(kāi)始成為結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的'重要手段而得到普遍發(fā)展，
許多學(xué)者把研究機(jī)翼顫振的風(fēng)洞試驗(yàn)方法引用到了橋梁的
顫振研究，取得了一定的成果。
1950 年代末，丹麥的杰森提出了建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)必須模擬大氣邊界層氣流的特性。1965 年，在達(dá)文波特負(fù)責(zé)下，加拿大西安大略大學(xué)建成了第一個(gè)大氣邊界層風(fēng)洞，即具有較長(zhǎng)試驗(yàn)段、能夠模擬大氣邊界層內(nèi)自然風(fēng)的一些重要紊流特性的風(fēng)洞。隨后，在美國(guó)建成了第一個(gè)用被動(dòng)模擬方法對(duì)大氣邊界層風(fēng)特性進(jìn)行了模擬的結(jié)構(gòu)風(fēng)洞，使結(jié)構(gòu)抗風(fēng)試驗(yàn)進(jìn)入了精細(xì)化的新階段，世界各地也隨之陸續(xù)建成了許多不同尺寸的邊界層風(fēng)洞，從而大大促進(jìn)了結(jié)構(gòu)風(fēng)工程的研究。
2.2大氣邊界層的概念
按照大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可以將對(duì)流層中的大氣沿垂直方向粗略地分為上部自由大氣層和下部的大氣行星邊界層。受粗糙地表的摩擦而引起的阻滯作用的影響，大氣邊界層中的氣流在近地表處的速度明顯減慢，并在地表處降為零。而由于相鄰氣層之間的紊流摻混使得這種地表阻滯或摩擦的影響可擴(kuò)展到整個(gè)大氣邊界層，并在沿高度方向各氣層之間產(chǎn)生剪切應(yīng)力。嚴(yán)格地講，大氣邊界層的高度可達(dá)1~1.5km，在此范圍內(nèi)，風(fēng)速是隨高度的變化而變化。再往上就是自由大氣層，地表摩擦力對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響可以忽略，氣層之間的剪切應(yīng)力基本等于零。在自由大氣層中，無(wú)加速的空氣相對(duì)于地表的水平運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和離心力之間的平衡來(lái)確定，風(fēng)向與等壓線保持一致，風(fēng)速與高度無(wú)關(guān)。
圖3.對(duì)流層結(jié)構(gòu)示意圖 圖4.大氣邊界層中的風(fēng)速螺旋線
大氣流體動(dòng)力學(xué)中，把氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和離心力到達(dá)平衡的、與高度無(wú)關(guān)的定常風(fēng)速稱為梯度風(fēng)速，常用UG 表示，邊界層高度也因此而常被稱為梯度風(fēng)高度。當(dāng)所關(guān)心的區(qū)域遠(yuǎn)離氣象系統(tǒng)中的低壓或高壓區(qū)時(shí)，
等壓線的半徑
很大，曲率很小，可近似為直線，此時(shí)可忽略作用在空氣微團(tuán)的離心力，與高度無(wú)關(guān)的定常風(fēng)速由氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的平衡條件確定，成為地轉(zhuǎn)風(fēng)速。
在大氣邊界層中，由于粗糙地表產(chǎn)生的摩擦力的影響，風(fēng)向與等壓線成一定的夾角。隨著高度的增加，地面摩擦效應(yīng)的影響逐漸降低，這種夾角也越來(lái)越小，在梯度風(fēng)高度處，夾角降為零，風(fēng)向與等壓線一致。大氣邊界層內(nèi)風(fēng)速風(fēng)向隨高度的這種變化規(guī)律可用如圖5.3所示的螺線來(lái)描繪，從地面至邊界層高度頂，風(fēng)向角的變化約為20°。由于土木工程結(jié)構(gòu)均建在大氣邊界層中，因此大氣邊界層內(nèi)的風(fēng)特性是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者最為關(guān)心的。
三、大氣邊界層的風(fēng)特性
風(fēng)特性研究是風(fēng)工程的基礎(chǔ)工作。過(guò)去, 關(guān)于風(fēng)的資料主要來(lái)源于各氣象站約10米高風(fēng)標(biāo)上所安裝的旋轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速儀。這種于1846 年發(fā)明的風(fēng)速儀至今還在使用, 但由于儀器的慣性大, 它所測(cè)量的是有一定時(shí)距的平均風(fēng)。近50 年來(lái), 測(cè)風(fēng)儀器有了巨大的進(jìn)步, 從較靈敏的螺旋槳式風(fēng)速儀發(fā)展到激光、超聲以及微波風(fēng)速儀, 可用來(lái)測(cè)量空氣的微小瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，近地風(fēng)可處理為平均風(fēng)速和脈動(dòng)風(fēng)速的疊加；平均風(fēng)速沿高度可用對(duì)數(shù)律或冪函數(shù)來(lái)描述，而脈動(dòng)風(fēng)的主要特征是紊流度、脈動(dòng)風(fēng)速自功率譜和互功率譜、紊流尺度等。其他風(fēng)特性參數(shù)，例如陣風(fēng)因子、摩阻速度以及空間相關(guān)函數(shù)等可以認(rèn)為是這些關(guān)鍵特性的延拓和補(bǔ)充。在初步掌握這些重要特性的基礎(chǔ)上，給出了這些特征量的推薦值和推薦公式。
盡管人們?cè)趶?qiáng)風(fēng)分布及結(jié)構(gòu)響應(yīng)的實(shí)測(cè)方面做了很多努力，但是，由于強(qiáng)風(fēng)分布特性現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的費(fèi)用大、周期長(zhǎng)、難度大，人們對(duì)近地風(fēng)特性的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)不清楚。目前國(guó)際上常用的幾種脈動(dòng)風(fēng)速功率譜值（Davenport 譜, Kaimal譜和Karman 譜等）在某些重要頻段內(nèi)相差很大，甚至以倍計(jì)。脈動(dòng)風(fēng)速相干函數(shù)指數(shù)的推薦范圍上下限的不同取值可能造成結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算值的成倍差別。臺(tái)風(fēng)的平均風(fēng)剖面和紊流結(jié)構(gòu)及登陸后的衰減特性如何？此外，人們對(duì)特殊地形（包括我國(guó)西部地區(qū)復(fù)雜地形）的強(qiáng)風(fēng)分布特性的理解也還甚淺。風(fēng)參數(shù)的不確定性是影響結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)精度最重要的因素。
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