[發明專利]一種用于山區風場模擬的過渡曲線的確定方法

有效

• 申請號: 201810319694.3
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108534982B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 黃國慶;程旭;李明水;吳鳳波;姜言
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發明公開一種用于山區風場模擬的過渡曲線的推導方法，其推導過程如下：首先根據風洞收縮段曲線：雙三次曲線、五次曲線和維氏曲線推導出地形過渡段曲線，再通過二維CFD模擬對得到的過渡段曲線進行評估，對比不同過渡曲線的平均加速比、沿不同過渡曲線的平均風攻角和沿不同過渡曲線的平均額外湍流強度，并引入評估綜合指標，提出新的過渡曲線。本發明能夠很好的模擬山區深切峽谷風場，具有很好的過渡性。

技術領域

本發明涉及山區風場模擬技術領域，具體為一種用于山區風場模擬的過渡曲線的確定方法。

背景技術

在利用CFD(Computational Fluid Dynamics計算流體動力學)或者風洞實驗進行山區風場模擬時，地形模型的有限范圍會導致山區地形在合適的位置需要被截斷，這就會造成“人造懸崖”，如圖1所示。特別是深切峽谷這類復雜的地形，落差高達幾百上千米，因而這個在風洞地板(或者數值計算域底部)和地形邊緣之間的“人造懸崖”也會形成巨大的高差，并且引起氣流在模型邊緣分離，從而可能會造成氣流加速，改變風攻角甚至產生不真實的流型。為了減小“人造懸崖”對流場造成的變異，一個連接風洞地板(或者數值計算域底部)和地形邊緣的過渡段是必需的。Hu et al.(2015)基于無粘流體圓柱繞流理論提出了一種理想曲線，并且借助風洞實驗比較了二維理想曲線和二維傳統斜坡分別對氣流的過渡效果。結果顯示理想曲線有更好的過渡表現。并且，Li et al.(2017)將這類二維理想曲線應用到一個真實的深切峽谷風洞實驗當中。盡管這個理想曲線比斜坡在過渡氣流方面有更好的表現，但是它的推導過程并未考慮空氣粘度。因此將它應用于模擬真實地形的三維風場還需要深入研究。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種過渡效果更好，可以用于模擬山區深切峽谷風場的過渡曲線的確定方法。技術方案如下：

一種用于山區風場模擬的過渡曲線的確定方法，包括以下步驟：

步驟1：根據風洞收縮段曲線推導出地形過渡段曲線；

a)引入風洞收縮段曲線：雙三次曲線、五次曲線和維氏曲線：

雙三次曲線是由兩條三次曲線由拐點連接起來的，其表達式如下：

其中，h是在軸向距離x處的橫截面的半高，H_i是入口截面的半高，H_o是出口截面的半高，L是收縮段的長度，x_f是拐點的軸向距離；

五次曲線的表達式如下：

h＝[-10(x/L)³+15(x/L)⁴-6(x/L)⁵][H_i-H_o]+H_i

維氏曲線的表達式如下：

其中，a為調整參數；

b)定義過渡段曲線起點和終端分別為S(0,0)和E(L,H)；其中H是過渡曲線的高度，相當于收縮段中的H_i-H_o，L是過渡段的長度，相當于收縮段的長度L；

相應地，定義等效斜率為K＝H/L，等效傾角為β＝tan^-1(K)；橫坐標x對應的縱坐標值由H_i-h決定；

則將風洞收縮段曲線表達方式用于地形過渡段，雙三次過渡曲線由下式確定：

五次過渡曲線表示為：

y＝H[10(x/L)³-15(x/L)⁴+6(x/L)⁵]