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紊流风场的模拟是现代风力机载荷分析设计技术的研究热点,也是国家“863计划”课题“风力机全系统载荷分析及优化设计软件”要解决的核心技术问题之一。本论文建立了针对水平轴风力机的风场模型,为实现水平轴风力机动态气动性能计算提供了必要条件。在此基础之上,采用Visual C++开发工具,编写了风场模块并将其集成到水平轴风力机气动与结构CAD软件“BladeDesign for Windows”中。论文包括四部分:紊流风场模型、阵风模型、极限载荷预测模型、风场模块的软件开发。 紊流风场模型部分讨论了随机理论中离散随机序列与其功率谱、傅立叶谱的关系,介绍了紊流风场模型中常用的几种典型的速度功率谱密度模型如Harris速度谱、Kaimal速度谱、von Karman速度谱等模型。根据随机理论,确定利用速度功率谱求风场风速的紊流部分的算法,并用MATLAB编程实现该算法,进行紊流风场的数值模拟。另外,还简要介绍了影响风场风速中稳态风速的三种因素,即风剪、塔影、上游风力机尾流的影响,以便对风场模型加以修正。 紊流风场阵风模型部分介绍了一种利用滤波函数、阶跃函数、delta函数等处理随机风速信号的方法,将原始的随机信号转换成指定阵风发生时的离散时间序列,并利用求平稳随机过程参数统计均值的方法推导阵风外形解析表达式。利用紊流风场模型中用的Von karman模型得到其对应的自相关函数的导数得到阵风的理论外形,并