[发明专利]一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法

说明书

本发明公开了一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法，本发明将人工射流在大气中的流动分为了可压缩流动和不可压缩流动，通过分别计算可压缩流动区域和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，能够得知人工射流扰动逆温层的范围和强度，本方法能够精确的计算出较小尺度下逆温层的扰动范围和强度，能够为机场、桥梁、高速公路除云除雾、治理城市大气污染提供一套整体解决方案，并且本方法相对于其它治理方式具有成本较低、使用灵活、效果明显等优势。

技术领域

本发明属于逆温层扰动范围测算领域，具体涉及一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法。

背景技术

逆温层是指大气对流层中气温随高度增加的现象的层带。一般情况下，对流层中气温随高度增加而降低，但由于气象和地形条件影响，有时会出现气温随高度增加而升高的现象。由于逆温层的存在，造成局部大气上热下冷，阻碍了空气垂直运动的发展，使大量烟尘、污染物、水汽凝结物等聚集在它的下面，使能见度变差，加剧空气污染，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生雾霾天气，有的甚至造成严重的大气污染事件。

现在能够利用一种人工强气流喷射装置来扰动逆温层，但人工气流对逆温层扰动范围和强度如何确定，目前还没有一种成熟的算法来计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法，能够准确的对扰动逆温层的范围和强度进行计算。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，根据人工射流的速度，将人工射流沿着中心线在一定高度范围内，当流动马赫数大于0.3时，作为可压缩流动区域，当流动马赫数小于0.3时，作为不可压缩流动区域；

步骤二，通过湍流模型对可压缩流动区域进行模拟，得到可压缩流动区域内基于密度的流场瞬态方程；

步骤三，通过湍流模型对不可压缩流动区域进行模拟，通过基于压力的稳态求解得到不可压缩流动区域的流场瞬态方程；

步骤四，结合可压缩流动区域内的流场瞬态方程和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，得到人工气流扰动逆温层的范围和强度。

步骤二中，对可压缩流动区域进行模拟的湍流模型采用SST k-ω模型。

步骤二中，湍流模型内输入人工射流距地距离、人工射流的喷射口径、可压缩流动区域的边界距离。

步骤二中，湍流模型对可压缩流动区域进行模拟，得到可压缩区域的网格，通过网格模拟可压缩流动区域内基于密度的流场瞬态方程。

步骤三中，对不可压缩流动区域进行模拟的湍流模型采用k-ω模型。

不可压缩流动区域采用倒锥形的渐变区域，在模拟时，在射流中心采用加密结构网格，射流中心的两侧区域采用非结构网格。

与现有技术相比，本发明将人工射流在大气中的流动分为了可压缩流动和不可压缩流动，通过分别计算可压缩流动区域和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，能够得知人工射流扰动逆温层的范围和强度，本方法能够精确的计算出较小尺度下逆温层的扰动范围和强度，能够为机场、桥梁、高速公路除云除雾、治理城市大气污染提供一套整体解决方案，并且本方法相对于其它治理方式具有成本较低、使用灵活、效果明显等优势。

附图说明

图1为人工射流扰动逆温层的示意图；

图2为可压缩射流验证算例计算区域和计算网格的示意图；

图3为图2中左下角的局部放大图；

图4为可压缩射流验证算速度云图；

图5为可压缩射流验证算例射流轴线速度分布图；

图6为可压缩计算区域及边界条件设置示意图；