复杂地形风能评估的CFD方法研究

不可再生能源的日益枯竭为风能的发展带来了机遇与挑战。我国风能资源丰富的东南沿海及岛屿多是复杂山地地形,传统的风能评估方法在复杂地形中并不适用,这使得风力发电机的微观选址难于实施。本文将研究复杂地形中风场分布的CFD精细化模拟方法,使其能为风机的微观选址提供依据。从海拔最高站点的记录中选定了两次风向稳定的强风过程为研究工况,并分别建立了地形的六面体结构网格模型,选用40m×40m和20m×20m两种网格分辨率,采用两种雷诺平均湍流模型,将得到的风场分布同现场观测数据进行了对比。结果表明湍流模型SST k-ε 的结果更准确,20m的水平网格分辨率对复杂地形风场的估计已有较高的精度。最后,联合风加速比分布与当地的常年气象资料,提出一套基于CFD方法的复杂山地地形全风向风能评估方法。     

基于CFD的复杂地形风能分布研究

提出一种通过计算流体力学(CFD)计算风电场风速和风能分布的方法,该方法通过Argis软件对风电场CAD等高线图进行离散处理,按照风速玫瑰图分布,利用Fluent软件对复杂地形条件下风场按照12分度进行数值计算,并按照风速风向分布概率由Tecplot软件进行后处理,得到整个风场的风速分布特点和风能分布.将计算结果与WAsP软件作比较,结合地形特点进行分析,认为本文计算方法得到的结论较为可靠.     

测风塔代表性对复杂地形风电场风能资源评估的影响

复杂地形风电场风能资源评估的准确与否,很大程度上决定于风电场测风塔的数量和测风塔的位置是否具有代表性。以已运行的某西南地区复杂地形风电场为例,采用风电场实际运行的数据资料,利用Windsim软件计算不同测风方案下风电场的风能资源分布和年可利用小时数。结果表明,测风塔的代表性对复杂地形风电场风能资源评估有着极其重要的影响;测风塔的布设应综合考虑风电场地形地貌、海拔、距离以及遮挡效应等因素;合理选择具有代表性的测风塔,可以很大程度上降低风电场风能资源评估的不确定性。     

输电线路所处复杂地形的风场数值模拟

输电线路在强风尤其是台风作用下极易受损。为了评估线路在台风中的风险,需要确切得知线路中各个位置的风速。采用计算流体力学方法,对台风中受损线路所处的复杂地形进行建模,获得高分辨率的风场信息。使用风速比来评估地形对风场的影响,数值模拟结果显示复杂地形能够显著影响不同区域的风速大小,导致不同的输电塔所受风荷载的巨大差异,从而解释了特定区域发生倒塔事故的原因。     

复杂地形港池振荡的三维计算模型

采用满足Ｌａｐｌａｃｅ方程,线性自由表面条件,外海海底边界条件以及无穷远处散射条件的格林函数作为基本解,建立了可处理复杂地形港池振荡的三维边界积分方程。利用该模型计算了变水深矩形港池的振荡问题,其数值解与现有模型试验结果的符合程度是令人满意的,从而验证了计算模型的正确性。     

一种真实地形计算流体力学网格生成方法

随着计算流体力学(CFD)的应用领域逐步涉及到真实地形模拟,系统探讨如何生成及优化真实地形CFD网格也显现出重要意义。结合算例研究,提出一种通过获取及处理GIS数据,绘制点线面体等步骤生成真实地形网格的方法;强调对于所生成的网格,需采用网格依赖分析方法对比其计算精确性与经济性以实现优化选择;提出通过CFD前处理器二次开发形成真实地形CFD网格绘制软件以提高网格生成效率的建议。结果表明,所提方法生成的CFD网格与实际地形吻合程度高,可为真实地形CFD精细模拟应用提供可靠基础。     

复杂地形上城市热岛的数值模拟

用复杂地形上的三维边界层模式模拟了兰州市城关区的城市热岛,模拟得到的温度廓线和热岛强度与实测结果一致,模拟结果还显示了热岛的温度场和流场的三维结构,兰州市夜间热岛环流明显,地形山俗风对热岛环流有影响,热岛强度有明显的时间变化,城市热岛的形成主要是天气尺度的地转风和城市热源,地形等因素相互作用的结果。当地转风不变时,对热岛的形成起主要作用的因素是人工热源。     

复杂地形条件下虚拟城市街道生成方法

虚拟街道的自动生成是虚拟城市建模的重要组成部分,文章通过拓展L系统理论,采用高程映射和河流自动识别的方法,提出了复杂地形条件下城市街道的自动生成方法。实验表明,文中方法能够在具有高程起伏、河流等约束条件的复杂地形上自动生成与周围地形(环境)统一的、样式多变的街道,为虚拟城市自动建模提供更丰富的街道、道路生成手段。     

复杂地形空气质量模式的分析与实验

通过对理想山体模型在大气环境风洞中作示踪扩散的实验测量，以及利用ＣＴＤＭ模式所作计算，为模式改进及其实际作了分析，提供了量化的参考依据，研究表明ＣＴＤＭ模式计算值民风洞测量值相差在两部之内的点占总测量测点的百分率最高达１００％，最低为６２．１％，平均为８７．２％，利用所获得实验测量的结果，本文工作地渡口山区扩散模式做了相应的计算分析，从而为模式提出了一组更为合适并有实验依据的地形修正系数。     

地形复杂地区煤层地温等值线绘制方法初探

查明井田内的地温分布状况是煤田地质勘探的重要任务之一,特别是石灰岩较发育地区及地形切割严重地区,由于岩溶较发育,形成的喀斯特峰丛地貌对煤层埋藏深度影响较大,煤层埋深无规律变化是影响煤层地温不均匀的主要因素.查明煤层地温的分布情况是龙永煤田生产建设中的一个重要问题.探讨了福建山区地貌与喀斯特峰丛地貌条件下的煤层底板地温等值线绘制方法.     

桥址峡谷地貌风场特性的CFD模拟

对峡谷地貌上的大跨度桥梁而言,其桥址周围风场特性的确定可能非常困难.本文首先从Google Earth得到桥址附近大范围区域的地形图,然后借助Autocad获得区域内离散点的高程数据,再通过逆向工程软件Imageware拟合出桥址周围地形曲面.通过形成以该曲面为底面的计算域并实施网格划分,采用雷诺时均N-S方程和标准k...     

基于虚拟叶片方法的复杂地形风电场气动性能分析

基于计算机流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法和虚拟叶片(virtul blade method,VBM)方法研究了风力机尾迹与复杂地形的相互作用,以实际风电场为例,分析了造成复杂地形风电场中风力机振动的主要原因,提出了一种基于CFD的快速分析风电场气动性能的方法,比较了雷诺平均(Reynolds-averaged,Navier-Stokes,RANS)和大涡横拟法(large eddy simulation,LES)求解方法在捕捉地形效应和尾迹及预测风电场功率性能方面的差异。研究分析发现,机组尾流和复杂地形效应造成的湍流强度过大是造成该风电场风力机运行时剧烈震动的原因,LES方法预测尾流的延迟衰减和更明显的尾流干扰作用导致风电场的发电量低于RANS方法。RANS方法过度预测湍流,导致湍流动量更快的扩散和尾流快速恢复。因此,CFD结合VBM分析复杂地形条件下风电场气动性能的方法,可实现复杂地形大型风电场性能的快速分析,可应用于风电场相应气动控制策略的制定和复杂地形风电场的微观选址。     

复杂地形下全风向风速比计算方法研究

为解决复杂地形环境中,输电塔线风荷载计算的地形修正系数选取问题,本文基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic, CFD)手段,提出了一种以无量纲风速比为输出的数值计算方法。该方法参考COST Action 732建议的风环境模拟指导准则,对CFD中复杂地形的计算域选取、边界条件定义方式作出改进,使其能够适用于大规模批量计算。围绕Askervein山丘及我国沿海地区的一处复杂地形,结合部分风洞试验、现场实测及参考COST Action 732准则获得的风速比数据,验证了数值模拟方法的合理性。结果表明,采用本文所述风速比计算手段,能准确考虑地形、地貌对输电塔线工作高度范围内的风加速比及风剖面造成的影响,该方法的实施为复杂地形风速比数据库的建立、输电塔线的防风加固及风致灾损事故分析奠定基础。     

云南大理复杂地形上风场的模拟研究

大风是云南地区的主要灾害性天气现象之一,对当地的经济和农业生产以及日常出行都造成不利影响。本文运用三维大涡模式OpenFOAM研究云南大理白族自治州南部（100.24°N,24.83°E）微环境地形条件下风场的变化规律。结果表明：入口风速为南风时,由于迎风坡地形的强迫抬升使局部风速增大,最大值接近于入口风速的1.5倍。而同时由于山脉的阻碍作用,在山坡背面坡风速则会急剧减小,同时风向也会发生变化,产生尺度较小的涡旋以及不规则的回流。经计算,该地区刮北风时探测点风速相较于入口风速减小,东风时探测点风速略有增加,而西风入口风速条件下观测点风速变化最大,初始入口风速为西风30m/s时,7200秒后观测点风速在水平方向上的分量最大可达44.55m/s。     

ADMS模型在复杂地形地区的应用

应用新一代的大气扩散模型（ADMS模型）预测重庆某个复杂地形区域的H2S地面浓度,并分别将其与导则模型的预测值与实际监测值进行了对比统计分析。分析结果表明：ADMS模型对复杂地形的处理是有效的,在复杂地形上应用相比导则模型能够获得较好的预测结果,可应用到重庆的大气污染预测及管理中。     

不同风场下高层建筑风效应的风洞试验研究

在大气边界层风洞中模拟了C,D两类地貌的风场,对某市区办公楼进行了风洞试验,分析了不同风场下高层建筑风压分布特性、风荷载及风致响应特性.结果表明:C类风场下平均风压系数、总体弯矩系数、最大基底剪力和最大基底弯矩均大于D类风场的对应值;C类风场下办公楼风荷载大于D类风场下办公楼风荷载;C类风场下各测点风压谱峰值对应频率均小于D类风场下各测点风压谱峰值对应频率;C类风场下结构顶部峰值加速度大于D类风场下结构顶部峰值加速度.     

证据理论在复杂系统可靠性评价中的应用

传统的系统可靠性是基于串／并联模型，利用概率方法来计算的．在有人为参与的不确定性复杂系统中，存在许多难以量化的因素，无法采用传统的可靠计算方法评价其可靠程度．文中提出了可靠信度的概念，将证据理论引入复杂系统的可靠性评价中．提出了利用证据理论进行系统可靠性专家意见综合的方法，并探讨了不同权重的专家分级评判的方法，以期望评价过程的合理化