Page 300 - 《振动工程学报》2026年第5期

1504 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

6 6 理论值 P 12 模拟值 P 22 模拟值
S 1 理论值 S 1 理论值 0
l 11 模拟值 l 11 模拟值 10 −1 10 0
l 12 模拟值
l 12 模拟值
z / H ref 4 l 13 模拟值 z / H ref 4 l 13 模拟值 10 −2 10 −2
2 2 f S u 10 f S v
10 −3 −4
10
0 0 10 −4
0.1 0.4 0.7 1.0 0.1 0.4 0.7 1.0 −5
10 10 −6
10 10 10 10 10 10 10
I u / I ref I v / I ref −2 −1 0 1 −2 −1 0
f L u / U
(a) S 1 平面I u (b) S 1 平面I v f L v / U
(a) 顺风向 (b) 横风向
(a) I u of S 1 (b) I v of S 1
6 6 (a) Along-wind component (b) Lateral component
S 1 理论值 S 2 理论值
l 11 模拟值 l 21 模拟值 10 0
l 12 模拟值
z / H ref 4 l 13 模拟值 z / H ref 4 l 23 模拟值 10 −2
l 22 模拟值
2 2
f S w
10 −4
0 0
0.1 0.4 0.7 1.0 0.1 0.4 0.7 1.0
10 −6
I w / I ref I u / I ref
10 −2 10 −1 10 0
f L w / U
(c) S 1 平面I w (d) S 2 平面I u
(c) I w of S 1 (d) I u of S 2
(c) 竖向
6 6
(c) Vertical component
S 2 理论值 S 2 理论值
l 21 模拟值 l 21 模拟值 图 6 监测点湍流功率谱密度
z / H ref 4 l 23 模拟值 z / H ref 4 l 23 模拟值 Fig. 6 Power spectral density of the turbulence of monitoring
l 22 模拟值
l 22 模拟值
2 2
points
0 0
0.1 0.4 0.7 1.0 0.1 0.4 0.7 1.0 理论值 P 11 , P 12 P 21 , P 22
0.8 0.8
I v / I ref I w / I ref
顺风向相干函数 横风向相干函数
(e) S 2 平面I v (f) S 2 平面I w
(e) I v of S 2 (f) I w of S 2 0.4 0.4

图 5 湍流强度剖面分布 0 0
Fig. 5 Distribution of turbulent intensity profiles
大，但由 DF-N-SWSRM 计算所得流场样本的湍流强 −0.4 −0.4
10 −2 10 −1 10 0 10 −2 10 −1 10 0
度剖面整体趋势与理论值吻合较好。需要指出，由 f L u / U f L v / U
(a) 顺风向 (b) 横风向
于近壁面边界层网格的影响，竖向湍流强度在近壁
(a) Along-wind component (b) Lateral component
面附近出现明显波动，但随着高度的提升，I w 模拟值 0.8
与理论值间的差异逐渐减小。为进一步分析流场内 0.4
单点流速的统计特性，计算了 P 12 、P 2 三向湍流的功 竖向相干函数
2
率谱密度，与理论值的对比结果如图 6 所示。其中， 0
f 为自然频率（单位：Hz）。
−0.4
图 6 的对比结果表明，经 DF-N-SWSRM 模拟所 10 −2 10 −1 10 0
f L w / U
得湍流入口在低频区域与理论值十分接近，表明了 (c) 竖向
该方法能够较好地捕捉目标功率谱在低频部分的能 (c) Vertical component
量特征，在获取流场的平均风速、湍流强度和功率 图 7 监测点间湍流空间相干函数
谱密度后，湍流积分尺度等其他常见风特性可进一 Fig. 7 Spatial coherence functions of the turbulences between
different monitoring points
步计算得到，限于篇幅不作赘述；此外，湍流功率谱
在高频区域与目标值有较大差异，且随着流场发展， 频区域与目标值吻合良好，整体呈现出随着频率的
高频区差异有所增大，与图 3 的结论一致。这不仅 增加由 1 迅速衰减的趋势。由于模拟流场样本数和
由 数 值 算 法 中 高 频 湍 流 能 量 耗 散 导 致， 还 因 为 LES 滤波函数的影响，相干函数模拟值在高频区域

LES 计算过程中所采用的滤波函数过滤了高频成 有较大波动，通过模拟多次流场样本，可有效减小少
分。为说明流场内不同空间点湍流的相关性，计算 量样本中随机相位角对结果的影响。

了 P 1 和 1 P 1 之间、P 2 和 1 P 2 之间的湍流空间相干函 2.2.2 流场特性
2
2
数，结果如图 7 所示。 为进一步展示由 DF-N-SWSRM 所生成湍流场的
模拟流场在三个方向的湍流空间相干函数在低 流场结构特性，基于 Q 准测进行了流场瞬时涡核分