[發明專利]一種高海拔地區CFD仿真地形拓撲方法

有效

• 申請號: 201811273531.2
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109635317B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉震卿;張沖
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06T17/05
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于復雜地形的風場仿真領域，并公開了一種高海拔地區CFD仿真地形拓撲方法。該方法包括：(a)從地理信息系統中獲取待研究地形區域中每個離散點對應的高程數據，并轉化為實際高程坐標；(b)計算每個離散點的拓撲地形高度；(c)建立平坦地形網絡結構，每個離散點的拓撲地形高度插值到平坦地形網絡結構中獲得拓撲網格模型，然后進行計算流體動力學仿真，以此獲得該待研究地形區域的風場分布實現拓撲仿真。通過本發明，更合理的模擬高海拔地區地形風場，簡單快捷。

技術領域

本發明屬于復雜地形的風場仿真領域，更具體地，涉及一種高海拔地區CFD仿真地形拓撲方法。

背景技術

近年來，風力發電作為一種清潔、可再生能源越來越受到重視，而高海拔地區風資源豐富，常常作為風電場的選址地帶。風力機作為風力發電的主要設備，其所處地形平均海拔通常在2500m以上，為了準確模擬高海拔地區地形風場環境，在建立實際地形模型時，地形拓撲方法顯得尤為重要。

劉新新基于GIS(Geographic?Information?System，地理信息系統)地形數據建立實際地形模型時從待研究地形區域平緩過渡到地面劃分實際地形網格，但當待研究地形區域地形海拔過高時，直接以實際地形高程數據建模進行計算流體動力學仿真(CFD)仿真時會由于海拔高度產生較大的風加速，這與實際不符。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種高海拔地區CFD仿真地形拓撲方法，通過構建高海拔地區的拓撲地形高度的關系式，然后根據拓撲地形高度建立待研究地形區域的拓撲模型，最后采用拓撲模型進行CFD仿真，由此解決直接以實際地形高程數據進行建模或者對待研究地形區域進行45°過渡仿真時的誤差大與實際不符的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種高海拔地區CFD仿真地形拓撲方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)將待研究地形區域離散為多個離散點，從地理信息系統中獲取該待研究地形區域中每個離散點對應的高程數據，將每個離散點對應的高程數據轉化為三維坐標，以此獲得每個離散點的實際高程坐標；

(b)構建每個所述離散點的拓撲地形高度關于該離散點的實際高程坐標、待研究地形區域的體積和面積的關系式，然后根據步驟(a)獲得的每個離散點的實際高度計算每個離散點的拓撲地形高度；

(c)建立平坦地形網絡結構，將步驟(b)中獲得的每個離散點的拓撲地形高度插值到所述平坦地形網絡結構中，以此獲得待研究地形區域的拓撲網格模型，將該拓撲網格模型進行計算流體動力學仿真，以此獲得該待研究地形區域的風場分布圖，即實現該待研究地形區域的拓撲仿真。

進一步優選地，在步驟(b)中，構建每個所述離散點的拓撲地形高度關于該離散點實際高程坐標、待研究地形區域的體積和面積的關系式優選按照下列步驟進行：

(b1)根據待研究地形區域的面積和體積構建體積平均高度的關系式(一)；

(b2)構建拓撲地形高度關于體積平均高度的關系式(二)。

進一步優選地，在步驟(b1)中，所述關系式(一)優選按照下列表達式：

其中，∫H_idS是待研究地形區域的體積，S是待研究地形區域的面積，H_t是第i個離散點的體積平均高度，i是離散點的數量。

進一步優選地，在步驟(b2)中，所述關系式(二)優選按照下列表達式：

H’_i＝H_i-H_t

其中，H_i’是拓撲地形高度，H_i是第i個離散點的實際高程坐標。