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风力发电是当前风能利用最有效的方式,而大气边界层(ABL)是风力机所处的工作环境,直接关系到风力机性能、寿命以及噪声等,其流场特性的研究是开展与风力机相关的工程应用的基础。本文主要在风洞内开展大气边界层平均速度、湍流强度、湍流积分尺度以及脉动风功率谱的实验研究,在此基础上,探讨了挡板、尖劈和粗糙元对边界层流场特性的影响机理,并得到目标地貌的风洞模拟布置方式。其次,作为风洞实验的补充,本文全尺寸建立“数值风洞”模型,进行边界层流场的数值计算,并用实验测量数据评价数值计算结果。主要工作和研究成果如下:(1)在尖劈和粗糙元组合的基础上,采用增加挡板的方式提升风洞实验条件。通过调整湍流装置的位置,实验布置了12种工况,对比分析尖劈、粗糙元和挡板对边界层流场特性的影响。结果表明:三角尖劈是促使湍流生成最为关键的因素;粗糙元对边界层平均风速和湍流强度的影响范围可达自身高度的6~8倍;后置挡板可显著增加湍流强度,改善边界层下部的湍流积分尺度,并有利于脉动风能量在频率域上的分布。(2)比较实验和相关规范的风剖面指数得到风洞实验地形模拟结果,再考虑几何相似并对比风工程国际规范ASCE7,双重验证地形模拟的准确性。实验得出:尖劈、后置粗糙元和后置挡板的组合可较好地生成比例因子为1∶267的地貌B大气边界层流场。(3)―数值风洞”计算选用标准k-ε两方程模型,壁面附近采用增强壁面函数法处理。将数值计算结果与实验测量数据比较发现,风速剖面基本吻合,同时数值计算的速度云图可以直观地表现尖劈的阻塞效应,挡板对来流的扰动作用,以及粗糙元对流场下部的适度调整。