[发明专利]一种用于山区风场模拟的过渡曲线的确定方法

权利要求书

1.一种用于山区风场模拟的过渡曲线的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据风洞收缩段曲线推导出地形过渡段曲线；

a)引入风洞收缩段曲线：双三次曲线、五次曲线和维氏曲线：

双三次曲线是由两条三次曲线由拐点连接起来的，其表达式如下：

其中，h是在轴向距离x处的横截面的半高，H_i是入口截面的半高，H_o是出口截面的半高，L是收缩段的长度，x_f是拐点的轴向距离；

五次曲线的表达式如下：

h＝[-10(x/L)³+15(x/L)⁴-6(x/L)⁵][H_i-H_o]+H_i

维氏曲线的表达式如下：

其中，α为调整参数；

b)定义过渡段曲线起点和终端分别为S(0,0)和E(L,H)；其中H是过渡曲线的高度，相当于收缩段中的H_i-H_o，L是过渡段的长度，相当于收缩段的长度L；

相应地，定义等效斜率为K＝H/L，等效倾角为β＝tan^-1(K)；横坐标x对应的纵坐标值由H_i-h决定；

则将风洞收缩段曲线表达方式用于地形过渡段，双三次过渡曲线由下式确定：

五次过渡曲线表示为：

y＝H[10(x/L)³-15(x/L)⁴+6(x/L)⁵]

对维氏曲线收缩段，假设H_i→∞，得到适用于地形模拟的维氏过渡曲线：

其中，α为评估变量，上式取α＝1/3；

步骤2：通过二维CFD模拟对得到的过渡段曲线进行评估：

a)定义通过过渡曲线后的风速在x处的平均加速比S_x为：

其中，N是地面至临界高度H_w的网格数量，临界高度H_w是风速变化小于5％的高度；v_i是x位置距地面第i个网格的水平风速；v_0i是入口处距地面第i个网格的水平风速；Δh_i是第i个网格和第i-1个网格的高差；

对比x_f取不同值的双三次过渡曲线、五次过渡曲线及α取不同值的维氏过渡曲线中各不同过渡曲线的平均加速比，得出：当α值较大时，维氏过渡曲线的平均加速比上升最快且也最早开始下降至更低值；

c)定义通过过渡曲线后在x处的平均风攻角A_x为：

其中，a_i是x位置处距地面第i个网格风攻角值；

对比沿所述各不同过渡曲线的平均风攻角，得出：当α值较大时，维氏过渡曲线在风攻角方面表现更好；

d)定义通过过渡曲线后在x位置处超过入流处的平均额外湍流强度T_x为：

其中，T_i为x位置处距离地面第i个网格的湍流强度；T_0i为距离地面第i个网格的入流湍流强度；

对比沿所述各不同过渡曲线的平均额外湍流强度，得出：当α达到一个较大值时，维氏过渡曲线的湍流强度突然增大；

步骤3：通过对过渡曲线的评估提出新的过渡曲线：

引入评估综合指标CI：

其中，S_j,A_j和T_j分别是所述各不同过渡曲线的平均加速比、平均风攻角和平均额外湍流强度值；S_r,A_r和T_r分别是参考过渡曲线的平均加速比，平均风攻角和平均额外湍流强度值；

选取CI值最小的曲线为新的过渡曲线。

2.根据权利要求1所述的用于山区风场模拟的过渡曲线的确定方法，其特征在于，所述CI值最小的曲线为α取50时的维氏过渡曲线，其平均加速比、平均风攻角和平均额外湍流强度值在x＝0.6位置处均小于5％，则过渡曲线在x＝0.6位置处被截断，在L取单位长度为1的情况下，为了保证截断后曲线的形状，取新的等效斜率K_o＝K/0.6，原等效斜率K＝0.5774，则K_o＝0.9623，从而新的过渡曲线表达式如下：