Technologia / Poradnik techniczny
Widma turbulencji wiatru oraz skale czasowe i przestrzenne
Dwa sygnały wiatru mogą mieć tę samą średnią i wariancję, ale rozkładać fluktuacje na różne częstotliwości. Widmo turbulencji opisuje ten rozkład. Korelacja przestrzenna dodaje kolejny wymiar: sąsiednie punkty nie muszą doświadczać identycznych zmian w identycznym czasie.
Opisz więcej niż jedną liczbę turbulencji.
Widmo, korelacja i średnia adwekcja opisują różne fizyczne aspekty zmiennego przepływu. Różnice wyjaśniają, dlaczego ta sama intensywność turbulencji może dawać różne przebiegi czasowe, bez dowodzenia konkretnej reakcji turbiny.
01 / Fluktuacje
Średnia prędkość nie zawiera pełnego sygnału.
Dla wybranego przedziału i składowej zapisz u(t) = U + u′(t), definiując fluktuację tak, aby jej średnia w tym przedziale wynosiła zero.
Dla wybranego przedziału i składowej zapisz u(t) = U + u′(t), definiując fluktuację tak, aby jej średnia w tym przedziale wynosiła zero. Jej wariancja opisuje średni kwadrat fluktuacji. Inny przedział może zmienić zarówno średnią, jak i wariancję.
Dłuższe koherentne zmiany i szybkie mniejsze wahania mogą współistnieć. Jedno odchylenie standardowe sprowadza ich przebieg czasowy do jednej liczby. Nie pokazuje, czy znaczna zmienność leży blisko charakterystycznej częstotliwości odpowiedzi konstrukcji, czy przy istotnie innej skali czasu.
02 / Znaczenie widmowe
Widmo rozdziela wariancję fluktuacji.
Dla zgodnego jednostronnego widma prędkości S(f) wariancja jest całką S(f) po dodatnich częstotliwościach.
Dla zgodnego jednostronnego widma prędkości S(f) wariancja jest całką S(f) po dodatnich częstotliwościach. Jednostką jest (m/s)² na herc. Poradnik TurbSim jawnie stosuje widma do reprezentowania turbulencji i wiąże ich całkowanie z odchyleniem standardowym.
Rozważ dwa hipotetyczne widma o całkach równych 4 (m/s)². Każde ma odchylenie standardowe 2 m/s, ale jedno może skupiać więcej wariancji przy małych, a drugie przy dużych częstotliwościach. Równa wariancja nie czyni równymi przebiegów czasowych ani skutków konstrukcyjnych.
03 / Korelacja czasowa
Trwałość różni się od wielkości fluktuacji.
Autokorelacja opisuje związek fluktuacji z tą samą składową po opóźnieniu czasowym.
Autokorelacja opisuje związek fluktuacji z tą samą składową po opóźnieniu czasowym. Sygnał podobny przez dłuższe opóźnienia ma inną strukturę czasową niż szybko zmienny, nawet przy równej wariancji.
Całkowa skala czasu wiąże się z całkowaniem określonej znormalizowanej korelacji według podanej konwencji opóźnień. Jej traktowanie zależy od stacjonarności i modelu korelacji. Nie należy mylić jej z jednym okresem oscylacji ani ogłaszać uniwersalnym czasem każdego porywu.
04 / Skala przestrzenna
Zapis czasowy nie jest automatycznie mapą przestrzenną.
Przybliżenie zamrożonego przepływu zakłada przesuwanie wzorca z określoną średnią prędkością bez zmian podczas przejścia.
Przybliżenie zamrożonego przepływu zakłada przesuwanie wzorca z określoną średnią prędkością bez zmian podczas przejścia. W tych warunkach skala czasu τ odpowiada w przybliżeniu odległości Uτ. Adwektowana częstotliwość może podobnie odpowiadać skali rzędu U/f.
Przy założeniu U = 8 m/s przesunięcie przez jedną sekundę odpowiada 8 m. To hipotetyczna kinematyka, a nie zmierzona średnica wiru. Ewolucja przepływu, ścinanie i niejednorodna adwekcja mogą uniemożliwiać odtworzenie całego pola w płaszczyźnie wirnika z zapisu punktowego.
05 / Koherencja
Różne punkty mogą fluktuować wspólnie tylko częściowo.
Korelacja między punktami opisuje wspólną zmienność w oddalonych lokalizacjach.
Korelacja między punktami opisuje wspólną zmienność w oddalonych lokalizacjach. Rozległa przestrzennie koherentna zmiana może naraz oddziaływać na dużą część wirnika, a zmiana małej skali tylko na część. Poradnik uśredniania przestrzennego wyjaśnia, jak to rozróżnienie wchodzi do wielkości zbiorczej.
Widma składowych modelu i założenia koherencji to odrębne dane wejściowe. Jedno widmo nie określa jednoznacznie trójwymiarowego pola fluktuacji. Wybór nazwanego modelu nie potwierdza też reprezentowania określonego terenu, pogody ani rzeczywistego zapisu pracy.
06 / Zakres
Oddziel modelowany przepływ od reakcji konstrukcji.
Widmo opisuje rozkład wejścia, a ruch konstrukcji zależy też od dynamiki i sprzężeń układu.
Widmo opisuje rozkład wejścia, a ruch konstrukcji zależy też od dynamiki i sprzężeń układu. Szczyt widma nie jest więc automatycznie częstotliwością postaci drgań łopaty ani zmierzonym rezonansem. Wejście i odpowiedź wymagają odrębnych definicji.
Ta strona wyjaśnia skale fizyczne, a nie oprogramowanie estymacji widmowej ani dopuszczalny limit turbulencji urządzeń MARSTON. Poradnik widm sygnałów omawia inne zagadnienie: reprezentację próbkowanych zapisów i ich konwencje analizy.
Powiązane poradniki techniczne: Uśrednianie przestrzenne na wirniku: wiatr punktowy, średnia obszarowa i prędkość równoważna · Skośny napływ na wirnik: składowe prędkości i skośny ślad · Gęstość widmowa mocy: jednostki, całkowanie i RMS.
Informacje ogólne: Poradnik NREL TurbSim: widma turbulencji i warunki modelu przestrzennego. Źródła wyjaśniają koncepcje branżowe; są odrębne od właściwych dokumentów produktów i projektów MARSTON.
Kluczowe pojęcia i warunki.
Odczytuj każdą wielkość wraz z odniesieniem, jednostkami i podanymi warunkami. Ogólna zależność nie ustala wartości właściwej modelowi.
| Pojęcie / wielkość | Znaczenie / zależność | Warunki / ograniczenia |
|---|---|---|
| Wariancja | Średni kwadrat fluktuacji | Zależy od składowej i przedziału uśredniania. |
| Jednostronne S(f) | (m/s)²/Hz | Jego całka reprezentuje wariancję. |
| Skala czasowa | Korelacja względem opóźnienia | Nie jest uniwersalnym czasem trwania porywu. |
| Skala adwekcji | Uτ przy zamrożonym przepływie | Wymaga podania założeń przesunięcia. |
| Koherencja przestrzenna | Wspólna fluktuacja w różnych punktach | Różni się od wariancji w jednym punkcie. |
Pytania techniczne.
Czy równe średnie oznaczają jednakowe turbulencje?
Nie. Wariancja fluktuacji, widmo i zależności przestrzenne mogą się różnić.
Czy równe całki widm oznaczają równe widma?
Nie. Ta sama wariancja może być różnie rozłożona po częstotliwościach.
Czy każde opóźnienie jest średnicą wiru podzieloną przez prędkość wiatru?
Nie. Taka interpretacja wymaga właściwego przybliżenia zamrożonego przepływu.
Czy widmo w jednym punkcie definiuje cały przepływ w płaszczyźnie wirnika?
Nie. Zależności przestrzenne i założenia składowych również mają znaczenie.
Czy szczyt widma wejścia dowodzi rezonansu?
Nie. Reakcja konstrukcji zależy od jej własnej dynamiki i sprzężeń.
Czy podano tu dopuszczalny limit turbulencji MARSTON?
Nie. Wyjaśnia jedynie wielkości i założenia modelu.
Zapytanie techniczne
Omów zagadnienie techniczne.
Dwa sygnały wiatru mogą mieć tę samą średnią i wariancję, ale rozkładać fluktuacje na różne częstotliwości. Przekaż model i właściwe informacje eksploatacyjne lub projektowe do rozmowy technicznej.