[发明专利]一种用于山区风场模拟的过渡曲线的确定方法

摘要

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。

主权项

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。