[发明专利]一种基于流固耦合模拟的光伏支撑系统风振计算方法

权利要求书

1.一种基于流固耦合模拟的光伏支撑系统风振计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100、建立几何模型：建立光伏支撑系统流体域和固体域的几何模型；

S200、网格划分：分别对流体域和固体域的几何模型进行网格划分；

S300、建立数值模型：基于流体域和固体域的几何模型的网格划分结果建立流固耦合算法数值模型；

S400、设定参数：设定流体域和固体域几何模型的材料参数，初始条件和边界条件；

S500、求解风振响应：将所述材料参数、初始条件和边界条件代入所述数值模型中，采用数值模拟方法求解得出风振响应；

S600、根据所述风振响应确定光伏支撑系统风振系数及响应的主频范围，并用于光伏支撑系统的设计；

所述数值模型包括流体域计算模型、固体域计算模型，其中：

(1)所述流体域计算模型采用可压缩的大涡模型模拟空气流动，对N-S方程进行空间滤波和Favre滤波，得到流体域计算模型的基本方程：

式中：

ρ为空气密度，τ_ji为流体应力张量的切向分量，u_i或u_j为速度张量，x_i与x_j为节点坐标，f_i为体积力，p为流体正应力张量，R为特定气体常数，T为气体温度；τ_ji,SGS为亚格子应力张量，由下式计算：

其中，L_ij为Leonard项，C_ij为交叉项，R_ij为亚格子Reynolds项；

(2)所述固体域计算模型采用完全拉格朗日模型和Newmark隐式时间积分格式构造平衡递推关系式：

式中：

为参考于零时刻构型的t时刻线性刚度矩阵，为参考于零时刻构型的t时刻非线性刚度矩阵，含初应力刚度矩阵和大位移刚度矩阵，α为时间积分参数，为由t+Δt时刻流体部分传递过来的壁面压力，M为质量矩阵，Δu^(l)为第l迭代步的位移增量向量，^t+ΔtQ为t+Δt时刻的外力向量，^t+Δtu^(l)为t+Δt时刻第l迭代步的总位移向量，^tu为t时刻的总位移向量，^tv为t时刻的速度向量，^ta为t时刻的加速度向量；

步骤S400中边界条件如下：

入口边界：速度入口，即给定速度v；

出口边界：沿流线方向各流动参数的导数为零；

流固耦合面边界：流体域在耦合面位置接收固体域每时刻构型的坐标数据，固体域在耦合面位置接收流体域每时刻的壁面压力；

上、侧面边界：自由滑移边界条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S200中的网格包括流体域的结构化网格；固体域的四面体网格、六面体网格或梁单元网格。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

当所述流体域采用结构化网格划分时，将流体域的几何模型剖分成若干个具备扫掠特征的子特征，设置网格密度控制数据，生成流体域的四面体或者六面体网格；

当所述固体域采用四面体或六面体网格划分时，将固体域的几何模型剖分成若干个具备扫掠特征的子特征，设置网格密度控制数据，生成固体域的四面体或六面体网格；

当所述固体域采用梁单元网格划分时，通过提取固体域几何模型纵向的形心线、设置网格密度控制数据和局部坐标系，生成梁单元网格。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S300所述的数值模型包括：

流体域采用的N-S方程模型、雷诺平均模型或者大涡模拟模型；

固体域采用的完全的拉格朗日(TL)模型、更新的拉格朗日(UL)模型、任意拉格朗日-欧拉(ALE)模型以及相应的动力时间积分格式，其中：动力时间积分格式采用Newmark法、中心差分法或者线性加速度法。