[发明专利]一种用于山区风场模拟的过渡曲线的确定方法

说明书

本发明公开一种用于山区风场模拟的过渡曲线的推导方法，其推导过程如下：首先根据风洞收缩段曲线：双三次曲线、五次曲线和维氏曲线推导出地形过渡段曲线，再通过二维CFD模拟对得到的过渡段曲线进行评估，对比不同过渡曲线的平均加速比、沿不同过渡曲线的平均风攻角和沿不同过渡曲线的平均额外湍流强度，并引入评估综合指标，提出新的过渡曲线。本发明能够很好的模拟山区深切峡谷风场，具有很好的过渡性。

技术领域

本发明涉及山区风场模拟技术领域，具体为一种用于山区风场模拟的过渡曲线的确定方法。

背景技术

在利用CFD(Computational Fluid Dynamics计算流体动力学)或者风洞实验进行山区风场模拟时，地形模型的有限范围会导致山区地形在合适的位置需要被截断，这就会造成“人造悬崖”，如图1所示。特别是深切峡谷这类复杂的地形，落差高达几百上千米，因而这个在风洞地板(或者数值计算域底部)和地形边缘之间的“人造悬崖”也会形成巨大的高差，并且引起气流在模型边缘分离，从而可能会造成气流加速，改变风攻角甚至产生不真实的流型。为了减小“人造悬崖”对流场造成的变异，一个连接风洞地板(或者数值计算域底部)和地形边缘的过渡段是必需的。Hu et al.(2015)基于无粘流体圆柱绕流理论提出了一种理想曲线，并且借助风洞实验比较了二维理想曲线和二维传统斜坡分别对气流的过渡效果。结果显示理想曲线有更好的过渡表现。并且，Li et al.(2017)将这类二维理想曲线应用到一个真实的深切峡谷风洞实验当中。尽管这个理想曲线比斜坡在过渡气流方面有更好的表现，但是它的推导过程并未考虑空气粘度。因此将它应用于模拟真实地形的三维风场还需要深入研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种过渡效果更好，可以用于模拟山区深切峡谷风场的过渡曲线的确定方法。技术方案如下：

一种用于山区风场模拟的过渡曲线的确定方法，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，a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]