基于平板地形的流向均匀大气边界层比较分析

发布时间：2021-07-08 05:16

　　为了得到适用于风电场计算的边界条件和参数设置,对平板地形进行计算分析。对常用的3种入流边界条件进行梳理和计算,确定了Z模型适合描述流向均匀的大气边界层,以此为基础对5组湍流模型参数进行了对比计算,选出了1组最佳参数。对不同首层网格高度、垂直网格数量和顶部边界条件进行了计算分析,结果表明:在不同首层网格高度的情况下,入口和出口的风速扩线几乎没有变化,湍动能扩线变化较小,耗散率扩线在4 m高度以下有偏差,且随着首层网格高度的增加,耗散率数值不断下降;计算域中若有地形,则顶部采用入口边界条件可避免空气从顶部流出,更加适合描述大气边界层。因此,为提高风电场模拟精度,宜采用式（6）,（8）,（9）组成的入口边界条件,配合第2组湍流模型参数进行计算,同时顶部应采用入口边界条件。 

【文章来源】：可再生能源. 2018,36(08)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

计算域及网格

2·s-3耗散率/m2·s-3耗散率/m2·s-300.10.20.3高度/m1007550250入口出口00.10.20.3高度/m1007550250入口出口00.10.20.3高度/m1007550250入口出口表3不同模型参数结果的平均偏差Table3Averagedeviationofresultsofdifferentmodelparameters偏差/%速度湍动能耗散率参数15.837.310.11参数25.633.180.14参数36.082.990.14参数45.783.980.13参数53.8410.410.17参数（a）速度（b）湍动能（c）耗散率图3不同首层网格高度下，速度、湍动能及耗散率扩线的对比Fig.3Comparisonofprofilesofvelocity，turbulentkineticenergyandrateofdissipationwithdifferentheightofthefirstcell速度/m·s-1湍动能/m2·s-2耗散率/m2·s-32.2.2湍流模型参数比较模型参数对湍流模型有较大的影响，因此会影响边界层内的湍流运动和发展。本节基于Z模型入口边界条件，采用1.3节所选取的不同模型参数进行计算。结果显示，不同参数下风速扩线的形状基本相同。从湍动能扩线来看，由于取值不同，5种参数的入口扩线有一定区别（表3）。表3中参数2所得结果吻合较好，速度、湍动能、耗散率扩线偏差分别为5.63%，3.18%和0.14%；参数3速度偏差为6.08%，参数4湍动能扩线偏差为3.98%；参数1和参数5所得结果较差，湍动能扩线偏差分别为7.31%和10.41%，其中参数1为标准k-ε湍流模型的默认参数。5种参数得出的耗散率扩线吻合程度均较好。相较于标准k-ε湍流模型的默认参数，参数2更适合描述平板

2·s-3耗散率/m2·s-3耗散率/m2·s-300.10.20.3高度/m1007550250入口出口00.10.20.3高度/m1007550250入口出口00.10.20.3高度/m1007550250入口出口表3不同模型参数结果的平均偏差Table3Averagedeviationofresultsofdifferentmodelparameters偏差/%速度湍动能耗散率参数15.837.310.11参数25.633.180.14参数36.082.990.14参数45.783.980.13参数53.8410.410.17参数（a）速度（b）湍动能（c）耗散率图3不同首层网格高度下，速度、湍动能及耗散率扩线的对比Fig.3Comparisonofprofilesofvelocity，turbulentkineticenergyandrateofdissipationwithdifferentheightofthefirstcell速度/m·s-1湍动能/m2·s-2耗散率/m2·s-32.2.2湍流模型参数比较模型参数对湍流模型有较大的影响，因此会影响边界层内的湍流运动和发展。本节基于Z模型入口边界条件，采用1.3节所选取的不同模型参数进行计算。结果显示，不同参数下风速扩线的形状基本相同。从湍动能扩线来看，由于取值不同，5种参数的入口扩线有一定区别（表3）。表3中参数2所得结果吻合较好，速度、湍动能、耗散率扩线偏差分别为5.63%，3.18%和0.14%；参数3速度偏差为6.08%，参数4湍动能扩线偏差为3.98%；参数1和参数5所得结果较差，湍动能扩线偏差分别为7.31%和10.41%，其中参数1为标准k-ε湍流模型的默认参数。5种参数得出的耗散率扩线吻合程度均较好。相较于标准k-ε湍流模型的默认参数，参数2更适合描述平板

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于k-ε模型模拟平衡态大气边界层的比较研究[J]. 罗凯文,杨易,谢壮宁.  工程力学. 2018(02)
[2]湖北省不同地形条件下风随高度变化研究[J]. 刘敏,孙杰,杨宏青,袁业畅.  气象. 2010(04)
[3]风资源评价中风切变指数的研究[J]. 彭怀午,冯长青,包紫光.  可再生能源. 2010(01)
[4]贵州山区山谷地形大气边界层夏季风温廓线结构特征分析[J]. 孙海燕,梅再美.  陕西气象. 2008(04)



本文编号：3270931