湍流强度

物理学术语

湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度，反映脉动风速的相对强度，是描述大气湍流运动特性的最重要的特征量。湍流产生的原因主要有两个，一个是当气流流动时，气流会受到地面粗糙度的摩擦或者阻滞作用，另一个原因是由于空气密度差异和大气温度差异引起的气流垂直运动。

定义

表征湍流发展强度的量，即风速的标准偏差与平均风速之比。用同一组测量数据和规定的周期进行计算。10min湍流强度按下式计算：

σ为10min风速标准偏差(m/s)；V为10min平均风速(m/s)。

湍流强度是度量相对于风速值而波动的湍流量的大小，是决定风电机组安全等级或设计标准的重要参数之一，也是风场风资源评估的重要内容，其评估结果直接影响到风电机组的选型。

产生原因

湍流产生的原因主要有两个，一个是当气流流动时，气流会受到地面粗糙度的摩擦或者阻滞作用，另一个原因是由于空气密度差异和大气温度差异引起的气流垂直运动。通常情况下，上述两个原因往往同时导致湍流的发生。在中性大气中，空气会随着自身的上升而发生绝热冷却，并与周围环境温度达到热平衡，因此在中性大气中，湍流强度大小完全取决于地表粗糙度情况。

根据2005版IEC 61400-1将湍流强度分为A、B、C三级，其中A级为高湍流强度，B级为中等湍流强度，C级为低湍流强度。

湍流

湍流是指在一定区域内大气中微粒的速度方差较大的气象目标，是大气的一种剧烈运动形式。湍流运动极不规则、极不稳定，每一点的速度随机地变化着。对于这种运动，把任一点的瞬时物理量用平均值和脉动值来描述。对于脉动量，脉动的频率在每秒102~ 105，其振幅小于平均速度的10%，虽然脉动的能量很小，但对流动却起决定性作用。

气象目标一般都是由微粒组成，它们在各种速度上以振荡运动的形式移动。湍流目标具有很大的微粒速度极差。速度极差可理解为速度的变化范围，变化范围越大，气象目标的多普勒频谱越宽，湍流越强烈。由于雨、雪和云块是由大量小的可分辨体组成的分布目标。此目标通常是指湍流云块中的每个可分辨体或水珠。

湍流尺度

湍流尺度与旋涡大小有关，它是以相邻两点的脉动速度是否有相关性为基础来度量的。例如，设流场中y方向上相距一小段距离y的1、2两点，它在流动方向x的脉动速度分别为u'x1、u'x2。当两点间距足够小而处于同一旋涡之中，则此两脉动速度之间必存在一定联系而非相互独立；反之，当1、2两点相距甚远，两点的脉动速度各自独立。两点脉动速度的相关程度可用如下的相关系数R表示。

R值介于0~1之间，且与两点相距有关。数值越大，两脉动速度之间的相关性越显著。于是，湍流尺度可定义为：

式中，y为两测点间的距离。

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