风工程与工业空气动力学PDF电子书下载

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