[發明專利]一種復雜地形風場數值模擬的入流條件生成方法及系統

在審

• 申請號: 202110998569.1
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113657055A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 韓毅;趙勇;宋子琛;童博;王新;王冰佳;張歡
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種復雜地形風場數值模擬的入流條件生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

將以雷諾平均類大氣湍流模式進行前導模擬得到的穩態下流動統計變量輪廓線進行采樣后，映射至復雜地形風場所在主模擬區域的入流邊界面處，進行主模擬區域的流場模擬計算；

將主模擬區域內代表性測風塔處的模擬風速與實測平均風速進行對比；根據模擬風速與實測平均風速的對比結果，反饋修正前導模擬的驅動風速參數，進而生成主模擬區域的穩態入流邊界條件；

將穩態入流邊界條件對應的前導模擬驅動風速參數拓展至大渦模擬類大氣湍流模式，建立非定常瞬態風速的時間序列數據庫，并以此生成主模擬區域的瞬態風速入流邊界條件。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

所述將穩態下的流動統計變量輪廓線進行采樣后，映射至復雜地形風場所在主模擬區域的入流邊界面處，主模擬區域的流場模擬計算；具體包括：

在風場所在復雜地形區域中確定大氣流動數值模擬的六面體主模擬區域，將目標區域的復雜地形作為地表邊界面；

統計目標時間段內，風電場區中代表性測風塔各高度測層處的平均風速與風速標準差；根據該區域的地形與地表植被覆蓋情況，設定地表粗糙度；將平均風速作為前導模擬的初始驅動風速，結合地表粗糙度，進行前導模擬計算；當前導模擬結果達到穩定狀態后停止計算，將穩定狀態下流動變量隨高度變化的輪廓線在計算主模擬區內進行采樣，

將所述流動變量的輪廓線作為入流邊界條件，映射到主模擬區域的入流邊界上，在主模擬區域內繼續采用雷諾平均類湍流模型進行數值計算，待模擬結果達到統計穩定狀態后，對代表性測風塔所處位置在輪轂高度層的模擬風速進行采樣記錄。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，

所述前導模擬的幾何區域為標準的六面體，下墊面為平面，長度和寬度為公里量級，高度為大氣邊界層高度；其與下墊面垂直的4個周向邊界面處均設置為周期性邊界條件。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

所述將主模擬區域內代表性測風塔處的模擬風速與實測平均風速進行對比，根據模擬風速與實測平均風速的對比結果，反饋修正前導模擬的驅動風速參數，進而生成主模擬區域的穩態入流邊界條件具體包括：

若模擬風速與實測平均風速差值大于閾值,則返回將前導模擬的初始驅動風速值進行調整：

當模擬風速大于實測平均風速，則將初始驅動風速的初始值調小；當模擬風速小于實測平均風速，則將初始驅動風速調大；

若模擬風速與實測平均風速差值小于閾值，則記錄最終的前導模擬的驅動風速值對應流動變量輪廓線特征，將流動變量輪廓線最終映射到主模擬區域入流邊界上，作為雷諾平均類湍流模式下流動統計變量的穩態入流邊界條件。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

所述將穩態入流邊界條件對應的前導模擬驅動風速參數拓展至大渦模擬類大氣湍流模式，建立非定常瞬態風速的時間序列數據庫，具體包括：

采用大渦模擬類大氣湍流模式，選取雷諾平均類湍流模式下最終得到的驅動風速，并結合設定的地表粗糙度，在前導模擬計算主模擬區域中的4個周向邊界面采用周期性邊界條件，進行前導模擬；

當前導模擬結果達到統計穩定狀態后，選定前導模擬計算域主模擬區域中與主流動方向垂直的任一截面，將截面區域的風速時程數據進行存儲，建立統計穩定狀態下，非定常瞬態風速的時間序列數據庫。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，

所述統計穩定狀態是指流場變量在不同時間段內的平均值不再發生變化，而其瞬時值依舊是在平均值附近波動變化的非定常狀態。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

所述并以此生成主模擬區域的瞬態風速入流邊界條件，具體包括：

將所述非定常瞬態風速時序數據庫中的截面風速時程數據，基于主模擬區域中入流邊界面各空間點位距離復雜地表的實際高程，逐時間步長地提取并映射到主模擬區域的入流邊界面上，形成大渦模擬類湍流模式下瞬態的風速入流邊界條件。