1 / 17 Page No.1 WordsFromSlide 风工程（一）WordsFromNotePage 1 Page No.2 WordsFromSlide 塔科马大桥风毁过程WordsFromNotePage 2 Page No.3 WordsFromSlide 风工程（ Wind Engineering ）的定义：研究大气边界层内的风与人类在地球表面的活动及人所创造的物体之间的相互作用风工程的研究内容风工程的研究内容： 1.大气边界层内风特性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 17 页2 / 17 2.风对建筑物和构筑物作用 3.风引起的污染扩散和质量迁移 4.非航空器和非航天器空气动力特性(风力机、汽车、列车）WordsFromNotePage 3 Page No.4 WordsFromSlide 风荷载链WordsFromNotePage 4 Page No.5 WordsFromSlide 1940 年，美国塔科马（Tacoma）悬索桥在风速不到20m/s（8 级大风）的作用下，发生振动而毁坏，德国著名空气动力学家冯?卡门亲自参加了塔科马桥风毁原因的分析研究工作，在风洞中对桥梁模型进行抗风稳定性实验研究，并重新建造了新的塔科马大桥。
这一事件对后来风工程的研究起了很大的推动作用，人们常把它作为风工程历史发展阶段的一个起点风工程的发展WordsFromNotePage 5 Page No.6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 17 页3 / 17 WordsFromSlide 20 世纪 50 年代，丹麦M.Jaensen 对于风洞模型相似规律问题作出重要阐述美国 J.E.Cermak和加拿大A.G.Davenport 分别建成长实验段边界层风洞20 世纪 60 年代，美国R.Scanlan提出了钝体断面的分离自激颤振理论，奠定了桥梁颤振的理论基础A.G.Davenport 将统计理论引入风压、风振研究；并建立了桥梁的抖振分析方法20 世纪 70 年代，在建筑物风振实验中引入底座天平技术，使风响应的研究得到发展WordsFromNotePage 6 Page No.7 WordsFromSlide 80 年代以后：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，新的测试技术和测试手段不断发展，研究能力进一步提高以风工程为背景的钝体空气动力学基础研究得到高度重视，发展了解读方法和数值计算方法。
逐步形成了计算风工程这一新的分支（CWE）极端气候条件下的风载问题引起了关注，对低矮建筑物与建筑群在极端风作用下风载问题的研究得到重视随着交通、能源和环境问题越来越突出，汽车、高速列车和风力机等的空气动力特性研究以及环境污染的研究得到新的发展WordsFromNotePage 7 Page No.8 WordsFromSlide 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 17 页4 / 17 回流式大气边界层风洞，实验段尺寸为2m 高 15m 宽 14m 长，在实验段底板上的转盘直径为4.8m，其转轴中心距实验段进口为10.5m实验风速范围从0.2m/s17.6m/s 连续可调同济大学大气边界层风洞国内风工程研究WordsFromNotePage 8 Page No.9 WordsFromSlide 风洞气动轮廓全长53m、宽 18m，为低速、单回流、并列双实验段的边界层风洞第一实验段 (高速实验段 )长 17 m，模型实验区横截面宽3 m、高 2.5 m，实验段风速058 m /s连续可调第二实验段 (低速实验段 )长 15 m、模型实验区横截面宽5.5 m、高 4.4 m，最大风速 18 m /s 。
湖南大学边界层风洞示意图WordsFromNotePage 9 Page No.10 WordsFromSlide 石家庄铁道学院边界层风洞精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 17 页5 / 17 WordsFromNotePage 10 Page No.11 WordsFromSlide GB-50009-2001 WordsFromNotePage 11 Page No.12 WordsFromSlide 风工程研究方法有现场测试（灾后调查）、理论计算和风洞实验三种风工程的研究方法现场测试是一种最直接的研究方法，比较直观和真实但是由于进行现场测试时，气象条件、地形条件等难以人为地控制和改变，因此用这种方法来进行规律性的研究和解决实际工程问题是非常费时和费力的理论计算包括解读计算和数值计算两种由于风工程研究的对象多半是钝体空气动力学的问题（涉及到绕尖角的流动和分离），目前还只能解决一些比较简单的工程问题风洞实验既具有现场测试方法的直观性，又在人力、物力和时间上比较节省，特别是由于进行风洞实验时，可以人为地控制、改变和重复实验条件，因此，在进行变参数影响的机理研究中和解决一些比较复杂的工程问题中有较大的优越性。
WordsFromNotePage 12 Page No.13 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 17 页6 / 17 WordsFromSlide 风洞实验WordsFromNotePage 13 Page No.14 WordsFromSlide 课程主要内容一、大气边界层内风特性大气运动；平均风特性；极端风特性；随机过程模型和脉动风特性；风特性现场测量和风洞模拟二、建构筑物空气动力学绕建构筑物基本流动；结构动力学基础；建构筑物风荷载；建构筑物结构响应；建构筑物空气动力实验三、桥梁空气动力学桥梁空气动力特性；桥梁的静稳定性；桥梁颤振；桥梁抖振；桥梁空气动力实验WordsFromNotePage 14 Page No.15 WordsFromSlide 课程的目的一、掌握大气边界层风特性及其描述方法，了解大气边界层风特性的风洞模拟方法二、掌握风荷载作用的特点和规律，能够分析和处理一般建构筑物和桥梁的静动力风荷载问题精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 17 页7 / 17 三、掌握建（构）筑物空气动力学实验的原理和方法, 具备进行与风工程相关课题实验研究的能力。
WordsFromNotePage 15 Page No.16 WordsFromSlide 一.预备知识：空气动力学 (流体力学 )；概率论与数理统计(随机过程 )；结构动力学三.参考资料： 1. 土 木 工 程 结 构 抗 风 设 计 ， 作 者 ： 吴 瑾 等 ， 科 学 技 术 出 版 社 ， 2007 2. 结 构 风 工 程 理 论 规 范 实 践 ， 作 者 ： 张 相 庭 ， 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ， 2006 3.结构风荷载作用，作者：克莱斯.迪尔比耶等（丹麦），译者：薛素铎等，中国建筑工业出版社，2006 4.桥梁风工程，作者：陈政清，人民交通出版社，2005二.教材： 风工程与工业空气动力学（节选）作者：贺德馨，国防工业出版社，2006 WordsFromNotePage 16 Page No.17 WordsFromSlide WordsFromNotePage 17 Page No.18 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 17 页8 / 17 WordsFromSlide 第一部分 大气边界层内风特性一、大气运动二、平均风特性三、极端风特性四、随机过程模型五、脉动风特性WordsFromNotePage 18 Page No.19 WordsFromSlide 一、大气运动风产生的根本原因是太阳对地球大气的加热不均匀性，导致大气中热力与动力现象的时空不均匀性，使相同高度上两点之间产生压差，从而迫使空气流动形成风。
风的形成主要受下列因素影响：（1）大气的吸热能力（2）大气的压强与温度分布（3）气压的水平梯度力（4）地表摩擦WordsFromNotePage 19 Page No.20 WordsFromSlide 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 17 页9 / 17 1.1 大气环流气体温差形成的环流h1 h2 h3 A B 1 2 TATB ？环流WordsFromNotePage 20 Page No.21 WordsFromSlide 北极赤道简化的大气环流模型主要简化 :忽略气温的垂直变化、空气湿度、地球自转和摩擦力的影响，并假设地球表面水平光滑高温低温环流WordsFromNotePage 21 Page No.22 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 17 页10 / 17 WordsFromSlide 地球大气三圈环流模型WordsFromNotePage 22 Page No.23 WordsFromSlide 地球大气三圈环流模型三圈环流：由于太阳辐射，地球自转和摩擦力的共同作用，实际的大气环流被分裂成由三个基本环流组成的环流型。
这就是热力环流圈、中纬度环流圈和极地环流圈组成或信风、副热带高压区、极地东风WordsFromNotePage 23 Page No.24 WordsFromSlide 气压梯度力：单位距离内气压变化的大小（即气压差）称为气压梯度，在气压梯度作用下使空气产生运动的力称为气压梯度力气压梯度力单位体积的气压梯度力：单位质量的气压梯度力：WordsFromNotePage 24 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 17 页11 / 17 Page No.25 WordsFromSlide 低压高压等压线单位体积的气压梯度力：单位质量的气压梯度力：气压梯度力WordsFromNotePage 25 Page No.26 WordsFromSlide 1、现象：园盘静止不动B A 园盘逆时针转动地球自转偏向力(Coriolis 力 ) WordsFromNotePage 26 Page No.27 WordsFromSlide 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 17 页12 / 17 地球自转偏向力的大小图中： OA=Vt AOA=t S=at2 /2 即 Vt2=at2/2 a = 2v根据牛顿第二定律:F=ma 单位质量空气受到的地转偏向力是F=2vF WordsFromNotePage 27 Page No.28 WordsFromSlide Coriolis 力: 定义 : 科里奥利系数WordsFromNotePage 28 Page No.29 WordsFromSlide WordsFromNotePage 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 17 页13 / 17 29 Page No.30 WordsFromSlide 地转风最终方向地转风当等高面上的等压线是直线的情况下，如果气压梯度力与科里奥利力平衡，则空气将沿等高面上的等压线方向作等速直线运动，这时形成的风为地转风WordsFromNotePage 30 Page No.31 WordsFromSlide 地转风地偏力的方向：垂直于风向垂直于等压线从高压指向低压WordsFro。