Wind speed inference from environmental flow–structure interactions. Part 2. Leveraging unsteady kinematics
Wind speed inference from environmental flow–structure interactions. Part 2. Leveraging unsteady kinematics
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根据环境流与结构相互作用推断风速。
DOI：
10.1017/flo.2021.15
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Dabiri, John O.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cardona, Jennifer L.;Dabiri, John O.
这项工作探讨了风速和随时间变化的结构运动响应之间的关系，作为利用流-结构相互作用中可见的丰富信息进行风速测量的一种手段。我们以Cardona， Bouman和Dabiri最近的工作为基础（Flow, vol. 1, 2021, E4），他们提出了一种使用平均结构弯曲的方法。在这里，我们提出了动态结构摆动的振幅作为一个替代信号，可以在平均弯曲很小或不方便测量时使用。关于瞬时载荷和瞬时挠度的力平衡产生了入射风速和结构摆动幅度之间的关系。该物理模型应用于两个野外数据集，包括暴露于环境风条件下的4种不同树种的13棵树。模型泛化到不同的测试结构是通过对参考条件的规范化来实现的。该模型与当地风速的实验测量结果吻合较好，表明树木摇摆振幅可以作为平均风速的间接测量，并且适用于各种不同的树木。
This work explores the relationship between wind speed and time-dependent structural motion response as a means of leveraging the rich information visible in flow–structure interactions for anemometry. We build on recent work by Cardona, Bouman and Dabiri (Flow, vol. 1, 2021, E4), which presented an approach using mean structural bending. Here, we present the amplitude of the dynamic structural sway as an alternative signal that can be used when mean bending is small or inconvenient to measure. A force balance relating the instantaneous loading and instantaneous deflection yields a relationship between the incident wind speed and the amplitude of structural sway. This physical model is applied to two field datasets comprising 13 trees of 4 different species exposed to ambient wind conditions. Model generalization to the diverse test structures is achieved through normalization with respect to a reference condition. The model agrees well with experimental measurements of the local wind speed, suggesting that tree sway amplitude can be used as an indirect measurement of mean wind speed, and is applicable to a broad variety of diverse trees.
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