[发明专利]一种基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法

权利要求书

1.一种基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)建立物理模型，生成计算网格，划分计算域范围并确认边界条件类型；

(2)根据风力机的实际工况对入口边界的大气湍流变量进行初始赋值；

(3)设置粗糙壁面边界条件；

(4)将经典致动盘模型嵌入RANS控制方程；

(5)修正标准雷诺应力湍流模型的参数；

(6)基于步骤(4)中含AD模型的RANS方程和步骤(5)中的RSM湍流模型进行离散求解，进行风力机尾流数值模拟，得到风力机尾流区湍动能；

(7)对步骤(6)中得到的风力机尾流区湍动能进行后处理，得到近和远尾流区流向湍流强度。

2.根据权利要求1所述的基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)中包括边界条件类型包括速度入口边界、压力出口边界、对称边界和壁面边界。

3.根据权利要求1所述的基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)中，入口处初始的湍流变量包括风速u(z)、湍流强度k(z)和湍动能耗散率ε(z)的六个雷诺应力项：各雷诺应力项的计算式如下：

式中，z为距离地面的高度，z_hub为风力机轮毂高度，u_0,hub和TI_0,hub分别为风力机轮毂高度处的风速和湍流强度，α为风速轮廓的指数，C_μ为湍流模型常数。

4.根据权利要求1所述的基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中粗糙壁面边界条件的计算公式为：

式中，u_P为壁面第一层网格的速度，z_P为壁面第一层网格中心与壁面的距离，E和κ为经验常数，分别取值9.793和0.41，u_*和u_τ为分别为壁面摩擦速度和壁面剪切速度，k_s为地表等效砂粒粗糙高度，z₀为地表粗糙长度，C_s为待确认常变量，其计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法，其特征在于，所述步骤(3)中，经典致动盘模型的表达式为：

f_turb＝S·ΔP＝0.5·ρu_0,hub²·C_t·πD²/4

嵌入经典致动盘模型的RANS控制方程表达式为：

式中，u_0,hub为风力机轮毂高度处的入流风速，C_t为风力机推力系数，D为风轮直径；ρ为空气密度，P为空气压强，x_i为空间坐标系，u_i、u_j为风速矢量，μ为分子动力粘性系数，为雷诺应力张量。

6.根据权利要求1所述的基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法，其特征在于，所述步骤(4)中将C_μ和σ_k两项参数修正为0.05和1.15，其他参数取值与经典RSM模型相同，所述经典RSM模型的表达式为：

7.根据权利要求4所述的基于改进型AD/RSM模型的风力机尾流模拟方法，其特征在于，所述步骤(6)风力机近和远尾流区流向湍流强度的计算公式为：

式中，k₀和k_wake分别为初始入流湍动能和计算得到的尾流区湍动能。