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力学讲堂 | 魏庆鼎教授介绍中性强风大气边界层厚度的歧义

发布时间:2017-5-19 17:43:04  点击次数:162
 
 
 
2017年5月12日,北京大学工学院力学与工程科学系新一期“力学讲堂”开讲,我们有幸邀请到原湍流与复杂系统国家重点实验室主任、力学系退休教师魏庆鼎教授担任本期报告人,魏教授在力学楼434室为师生们作了题为《中性强风大气边界层厚度的歧义》的学术报告,吸引了众多校内外同仁前来倾听。本次学术报告由我系肖左利特聘研究员主持。

魏庆鼎教授作报告
 
人类生活在地球的大气里,大气受重力、克氏力的影响外,由于阳光的影响产生的温度(密度)、湿度分布不均匀形成压力梯度,造成大气运动——风。沿着地表方向运动的空气流受地面固壁和水面自由液面的影响就会形成大气边界层。因为是湍流,所以也称大气湍流边界层。它具有一般定义的边界层的基本特点,那就是它的厚度相对于流动大气的厚度是一个小量,大约是几百米。而人类的活动和建筑物、结构物的高度也正好是在这一高度范围内,即大气湍流边界层内。如果铅锤方向的压力梯度与水平方向的压力梯度相比可以忽略的话就称为是中性大气边界层,或中性风。一般,把六七级以上的风称为强风(强风又有很多等级,如疾风、大风、烈风、狂风、暴风、飓风等)。中性强风是最常见的对于自然界和人类造成灾害的风。所以是特别引起人们重视的,而搞清真实的中性强风的大气边界层的结构自然是首要的课题。而风的结构的最基本的要素是平均风速剖面和湍流度沿垂向的分布。这次主要讲平均风速剖面的问题。
 
报告现场
 
魏庆鼎教授介绍了国际上和国内采用的两类差别显著的中性强风大气边界层平均风速剖面规范或假定,即有明确的梯度风高度(即明确的有限的大气边界层厚度)和无梯度风高度(认为研究的范围内不考虑边界层厚度)两类,介绍了中国国家建筑规范规定的A、B、C、D四类地貌对应的大气边界层平均风速剖面,它们分别是梯度风高度为300m、350m、450m和550m的指数剖面。结合国内某些高层建筑项目因采用不同的大气边界层平均风速剖面而得到差别巨大的风洞模拟结构风荷载的事例,指出必须确定何种规范是正确的,以避免风工程研究中的矛盾引起的建筑工程抗风设计中的困难。魏教授通过介绍我国和国际上某些中性强风平均风速剖面的实测数据,和介绍不可压流体平板湍流边界层的理论和数值模拟结果以及风洞、水槽的实验结果,证明中性强风大气边界层是有一定厚度的,也就是说平均风速剖面是有梯度风高度的;指出那种无梯度风高度的规范或假定是既无理论依据又无实测支持的错误观点。并且高兴地告诉大家,经过国内学术界不同观点的争论,已经确立了一种共识,即中国国家建筑规范规定的风剖面是正确的,必须维护。2013年中国建筑结构风洞模拟实验规范已经明确规定,必须按照中国建筑规范规定的大气边界层平均风速剖面来进行模拟实验,国内国外的风工程项目承担单位概无例外。报告结束前魏教授还简单介绍了拟与中国空气动力学研究与发展中心合作申请的基金项目《中性强风大气边界层测量系统》,希望通过研制先进的用一组无人机测量强风的装置来进一步获得强风大气边界层的湍流结构,为微气象科学、结构风工程学、空天科学研究提供可靠的科学数据。
 
 报告结束交流现场
 
报告结束后,在场的师生们就魏教授的报告内容进行了交流与讨论,佘振苏、陈军等几位老师及部分同学相继与魏教授进行了深入探讨。新一期“力学讲堂”圆满结束。
 
 
新闻小贴士
 
1.报告人简介:
 
魏庆鼎教授,1963年北京大学数学力学系流体力学专业毕业;1966年北京航空航天大学空气动力学研究生毕业;1979年4月—1982年2月 东京大学宇宙航空研究所留学,1981年取得东京大学工学博士学位。
 
1960年5月—1961年9月 北京大学数学力学系教师,1968年5月—1976年7月 航空工业部第六研究院第七研究所工作,1976年7月—2001年5月 北京大学力学系讲师、副教授、教授(博士生导师)。2001年5月退休,继续承担了待毕业的博士研究生培养工作与北京大学科技开发部的横向科研项目研究工作。
 
科研方向:实验流体力学、湍流、风工程与环境流体力学。
 
2.力学讲堂是力学系组织的学术报告,每两周一次,报告人为力学系教师及部分系友,旨在增进学术交流和沟通,目前已组织四个学期,吸引了众多师生前来倾听。
 
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