[发明专利]一种高海拔地区CFD仿真地形拓扑方法

说明书

本发明属于复杂地形的风场仿真领域，并公开了一种高海拔地区CFD仿真地形拓扑方法。该方法包括：(a)从地理信息系统中获取待研究地形区域中每个离散点对应的高程数据，并转化为实际高程坐标；(b)计算每个离散点的拓扑地形高度；(c)建立平坦地形网络结构，每个离散点的拓扑地形高度插值到平坦地形网络结构中获得拓扑网格模型，然后进行计算流体动力学仿真，以此获得该待研究地形区域的风场分布实现拓扑仿真。通过本发明，更合理的模拟高海拔地区地形风场，简单快捷。

技术领域

本发明属于复杂地形的风场仿真领域，更具体地，涉及一种高海拔地区CFD仿真地形拓扑方法。

背景技术

近年来，风力发电作为一种清洁、可再生能源越来越受到重视，而高海拔地区风资源丰富，常常作为风电场的选址地带。风力机作为风力发电的主要设备，其所处地形平均海拔通常在2500m以上，为了准确模拟高海拔地区地形风场环境，在建立实际地形模型时，地形拓扑方法显得尤为重要。

刘新新基于GIS(Geographic Information System，地理信息系统)地形数据建立实际地形模型时从待研究地形区域平缓过渡到地面划分实际地形网格，但当待研究地形区域地形海拔过高时，直接以实际地形高程数据建模进行计算流体动力学仿真(CFD)仿真时会由于海拔高度产生较大的风加速，这与实际不符。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高海拔地区CFD仿真地形拓扑方法，通过构建高海拔地区的拓扑地形高度的关系式，然后根据拓扑地形高度建立待研究地形区域的拓扑模型，最后采用拓扑模型进行CFD仿真，由此解决直接以实际地形高程数据进行建模或者对待研究地形区域进行45°过渡仿真时的误差大与实际不符的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种高海拔地区CFD仿真地形拓扑方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)将待研究地形区域离散为多个离散点，从地理信息系统中获取该待研究地形区域中每个离散点对应的高程数据，将每个离散点对应的高程数据转化为三维坐标，以此获得每个离散点的实际高程坐标；

(b)构建每个所述离散点的拓扑地形高度关于该离散点的实际高程坐标、待研究地形区域的体积和面积的关系式，然后根据步骤(a)获得的每个离散点的实际高度计算每个离散点的拓扑地形高度；

(c)建立平坦地形网络结构，将步骤(b)中获得的每个离散点的拓扑地形高度插值到所述平坦地形网络结构中，以此获得待研究地形区域的拓扑网格模型，将该拓扑网格模型进行计算流体动力学仿真，以此获得该待研究地形区域的风场分布图，即实现该待研究地形区域的拓扑仿真。

进一步优选地，在步骤(b)中，构建每个所述离散点的拓扑地形高度关于该离散点实际高程坐标、待研究地形区域的体积和面积的关系式优选按照下列步骤进行：

(b1)根据待研究地形区域的面积和体积构建体积平均高度的关系式(一)；

(b2)构建拓扑地形高度关于体积平均高度的关系式(二)。

进一步优选地，在步骤(b1)中，所述关系式(一)优选按照下列表达式：

其中，∫H_idS是待研究地形区域的体积，S是待研究地形区域的面积，H_t是第i个离散点的体积平均高度，i是离散点的数量。

进一步优选地，在步骤(b2)中，所述关系式(二)优选按照下列表达式：

H’_i＝H_i-H_t

其中，H_i’是拓扑地形高度，H_i是第i个离散点的实际高程坐标。