[发明专利]一种耦合WRF与OpenFOAM模式的风场模拟方法

权利要求书

1.一种耦合WRF与OpenFOAM模式的风场模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

输出并处理中尺度气象模式WRF数据；

制作小尺度开源计算流体力学CFD模式OpenFOAM的精细化网络；

WRF模式与OpenFOAM模式之间数据传递；

驱动OpenFOAM模式进行计算；

所述输出并处理中尺度气象模式WRF数据包括：

驱动中尺度气象模式WRF模拟目标区域的粗分辨率风场，所述模拟目标区域的4个侧边界设定为矩形边界，侧边界的高度为从地面到其上1000m；

使用插值函数处理中尺度气象模式WRF计算的风场数据，得到侧边界上一系列格点位置上的风场数据；侧边界格点之间的水平距离为中尺度气象模式WRF的水平分辨率，格点之间的垂直距离为5m至200m；输出格点上的风场数据，包括风速u、v、w和湍动能k数据；

对侧边界上每一系列垂直的点进行多项式拟合，拟合函数为风场数据随高度变化的函数，包括u(z)、v(z)、w(z)和k(z)。

2.如权利要求1所述的风场模拟方法，其特征在于，所述制作小尺度开源计算流体力学CFD模式OpenFOAM的精细化网格包括：

生成基于ASTER GDEM地形高程数据30m水平分辨率的精细化网络；

将生成的精细化网络导入小尺度开源计算流体力学CFD模式OpenFOAM模式中。

3.如权利要求2所述的风场模拟方法，其特征在于，生成基于ASTER GDEM地形高程数据30m水平分辨率的精细化网络包括：

下载模拟区域的30m分辨率的ASTER GDEM地形高程数据；

将ASTER GDEM地形高程数据导入GAMBIT或ICEM网格生成工具，生成30m水平分辨率的精细化网格，垂直高度上第一层网格分辨率为5m，垂直分辨率随网格高度递增，递增是通过倍增的形式或指数递增的形式；在截取地形的四周再延展出1-2km的平坦面，以避免边界上压力场的异常。

4.如权利要求1所述的风场模拟方法，其特征在于，所述WRF模式与OpenFOAM模式之间数据传递包括：

将拟合后的WRF模式侧边界函数写入OpenFOAM模式的边界初始条件文件中；拟合函数u(z)、v(z)、w(z)放置在0/U文件中，拟合函数k(z)放置在0/k文件中；

为OpenFOAM模式安装swak4foam工具，在OpenFOAM模式的计算控制文件controlDict中调用libgroovyBC.so库文件，即实现拟合函数u(z)、v(z)、w(z)和k(z)的计算，为OpenFOAM计算网格侧边界的精细化格点匹配风场数据，实现OpenFOAM模式对WRF模式数据的读入功能。

5.如权利要求1所述的风场模拟方法，其特征在于，所述驱动OpenFOAM模式进行计算包括：

监视WRF模式的输出情况，WRF模式每输出一次数据，输出的时间分辨率一般为15分钟，就拟合并更新一次OpenFOAM模式的侧边界拟合函数，并驱动OpenFOAM模式进行一次计算；输出的时间分辨率采用15分钟；

监视出入流方向，为入流的侧边界自动选择速度定值入口和压力0梯度，为出流的侧边界自动选速度0梯度和压力定值出口；

驱动OpenFOAM模式进行计算，计算采用SIMPLE算法、RANS计算方案或k-ε湍流闭合模型。