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目录1

绪论1

第1章　大气边界层内风特性7

1.1　大气运动7

1.1.1 风的形成7

1.1.2　大气运动尺度8

1.1.3　大气环流8

1.1.4　局地环流9

1.1.5　大气稳定度10

1.1.6　大气边界层12

1.2　平均风特性13

1.2.1 平均风速13

1.2.2　平均风速随高度变化16

1.2.3　平均风速随时间变化21

1.2.4　平均风速分布23

1.2.5　平均风向26

1.3　脉动风特性29

1.3.1　脉动风速29

1.3.2　湍流强度30

1.3.3　湍流相关性33

1.3.4　湍流积分尺度40

1.3.5　湍流功率谱密度42

1.3.6　阵风系数48

1.4　极端风特性49

1.4.1　极端风49

1.4.3　最大风速概率分布50

1.4.2 重现期50

1.4.4　设计最大风速51

1.5　地貌、地形对风特性影响54

1.5.1　地面不均匀粗糙度影响54

1.5.2　地物影响54

1.5.3　地形影响55

1.5.4　海面影响61

1.6　风特性现场测量与风洞模拟63

1.6.1　风特性现场测量63

1.6.2　风特性风洞模拟64

第2章　风力机空气动力学77

2.1　概述77

2.1.1 研究背景77

2.1.3　研究方法79

2.1.2　研究内容79

2.2　基本理论80

2.2.1 动量理论80

2.2.2 叶素理论85

2.2.3　动量—叶素理论87

2.2.4　涡流理论91

2.3　风力机空气动力设计97

2.3.1　风力机几何参数97

2.3.2　风力机空气动力设计参数100

2.3.3　风力机翼型104

2.3.4　风力机叶片气动外形设计118

2.4　风力机性能124

2.4.1　风力机基本性能124

2.4.2　风力机叶片三维效应139

2.4.3　叶片动态失速144

2.4.4　叶片动态入流152

2.5　风力机载荷154

2.5.1 风力机载荷情况154

2.5.2　风力机载荷计算157

2.6　风力机气动弹性177

2.6.1 风力机气动弹性现象178

2.6.2　风力机气动弹性分析183

2.7　垂直轴风力机空气动力特性196

2.7.1　达里厄型垂直轴风力机196

2.7.2　S型垂直轴风力机206

2.7.3　其他垂直轴风力机208

2.8　新概念型风能转换装置211

2.8.1 旋风型风能装置211

2.8.2　扩压引射型风能装置214

2.8.3 太阳能—风能装置219

2.9　风力机噪声220

2.9.1 风力机噪声特性221

2.9.2　风力机噪声传播227

2.9.3　风力机噪声预测229

2.9.4　风力机噪声控制233

2.10　风电场中的空气动力问题234

2.10.1　风电场选址234

2.10.2　风力机尾流效应238

2.10.3　风力机布置250

2.10.4　风电场软件250

2.11　风力机空气动力试验251

2.11.1　风洞试验251

2.11.2　风场试验261

第3章　建（构）筑物空气动力学270

3.1　概述270

3.1.1　研究背景270

3.1.2　研究内容271

3.1.3　研究方法272

3.2　绕建（构）筑物基本流动272

3.2.1 绕二维圆柱流动272

3.2.2　绕二维矩柱流动290

3.2.3　绕三维钝体流动298

3.3　建（构）筑物风荷载299

3.3.1　平均风荷载299

3.3.2　动态风荷载304

3.3.3　顺风向风荷载306

3.3.4　横风向风荷载309

3.4　建（构）筑物结构响应311

3.4.1　基本原理311

3.4.2　顺风向结构响应313

3.4.3　横风向结构响应317

3.4.4　建（构）筑物结构响应控制325

3.5　建（构）筑物风荷载和结构响应特性326

3.5.1　高层建筑326

3.5.2　运载火箭347

3.5.3　电视塔357

3.5.4　冷却塔364

3.5.5　烟囱372

3.5.6　架空输电线路系统378

3.5.7　低矮建筑物380

3.5.8　天线399

3.6　建（构）筑物风环境和舒适性404

3.6.1　建（构）筑物风环境404

3.6.2　建（构）筑物舒适性409

3.7　建（构）筑物空气动力试验412

3.7.1　风洞试验模拟412

3.7.2　风洞试验方法418

第4章　桥梁空气动力学443

4.1　概述443

4.1.1　研究背景443

4.1.2　研究内容446

4.1.3　研究方法446

4.2.1 桥梁主梁断面空气动力特性447

4.2　桥梁空气动力特性447

4.2.2　桥塔空气动力特性463

4.3　桥梁静稳定性466

4.3.1　侧向屈曲466

4.3.2　扭转发散466

4.3.3　非线性静力发散469

4.4　桥梁颤振470

4.4.1　桥梁颤振分类470

4.4.2　桥梁颤振理论471

4.4.3　桥梁颤振特性489

4.5　桥梁抖振496

4.5.1 Davenport抖振分析理论497

4.5.2 Scanlan抖振分析理论499

4.5.3　其他频域抖振分析方法502

4.5.4 时域抖振分析方法511

4.5.5　桥梁抖振特性513

4.6　桥梁其他风致振动515

4.6.1　桥塔振动515

4.6.2　拉索振动517

4.6.3　车辆／桥梁系统耦合振动522

4.7　桥梁空气动力试验527

4.7.1 桥梁风洞试验相似准则527

4.7.2　主梁断面模型试验529

4.7.3　全桥模型试验539

4.7.4　其他试验542

4.8　桥梁抗风设计545

4.8.1　桥梁抗风设计内容546

4.8.2　桥梁抗风减振措施546

5.1.1　研究背景551

第5章　汽车空气动力学551

5.1　概述551

5.1.2　研究内容553

5.1.3　研究方法553

5.2　汽车绕流特性553

5.2.1　汽车头部绕流特性554

5.2.2　汽车尾部绕流特性555

5.2.3　汽车底部绕流特性565

5.2.4　汽车内部绕流特性565

5.3　汽车空气动力特性566

5.3.1 汽车基本空气动力特性566

5.3.2　汽车空气动力特性对汽车性能的影响571

5.3.3 汽车空气动力特性对汽车噪声的影响577

5.3.4　汽车空气动力特性对汽车污染的影响580

5.4　汽车空气动力外形设计581

5.4.1　轿车车体外形设计582

5.4.2　货车车体外形设计594

5.4.3　运动车和赛车车体外形设计600

5.5　汽车空气动力试验602

5.5.1　风洞试验602

5.5.2　道路试验615

第6章　列车空气动力学618

6.1　概述618

6.1.1　研究背景618

6.1.2　研究内容620

6.1.3　研究方法620

6.2　列车绕流特性621

6.2.1 列车头部绕流特性622

6.2.2　列车尾部绕流特性624

6.3　列车空气动力特性626

6.3.1 列车基本空气动力特性626

6.3.2　部件空气动力特性639

6.4　列车会车效应644

6.4.1　会车压力波644

6.4.2　会车压力波与列车行驶速度关系646

6.4.3　会车压力波与轨道线间距关系648

6.4.4　会车压力波与列车外形关系649

6.5　列车隧道效应651

6.5.1 隧道内压力波651

6.5.2　隧道内会车压力波654

6.5.3　隧道口微气压波655

6.6.1　列车风效应657

6.6　列车风环境657

6.6.2　横风效应669

6.7　列车空气动力噪声671

6.8　列车空气动力试验673

6.8.1　风洞试验673

6.8.2　动模型试验679

6.8.3　线路试验682

第7章　计算风工程683

7.1　概述683

7.2　基本方程684

7.2.1　质量守恒方程684

7.2.2　动量守恒方程685

7.2.3　能量守恒方程688

7.2.4　控制方程通用形式689

7.3　湍流模型691

7.3.1 湍流模式理论692

7.3.2　壁面函数法701

7.4　数值计算方法703

7.4.1　压力修正法704

7.4.2　虚拟压缩方法743

7.4.3　有限元法752

7.5　数值计算结果讨论758

7.5.1 湍流模型的影响758

7.5.2　计算网格的影响762

7.5.3　数值算法的影响764

参考文献767

主题词索引792