[发明专利]一种复杂地形风场数值模拟的入流条件生成方法及系统

权利要求书

1.一种复杂地形风场数值模拟的入流条件生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

将以雷诺平均类大气湍流模式进行前导模拟得到的稳态下流动统计变量轮廓线进行采样后，映射至复杂地形风场所在主模拟区域的入流边界面处，进行主模拟区域的流场模拟计算；

将主模拟区域内代表性测风塔处的模拟风速与实测平均风速进行对比；根据模拟风速与实测平均风速的对比结果，反馈修正前导模拟的驱动风速参数，进而生成主模拟区域的稳态入流边界条件；

将稳态入流边界条件对应的前导模拟驱动风速参数拓展至大涡模拟类大气湍流模式，建立非定常瞬态风速的时间序列数据库，并以此生成主模拟区域的瞬态风速入流边界条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述将稳态下的流动统计变量轮廓线进行采样后，映射至复杂地形风场所在主模拟区域的入流边界面处，主模拟区域的流场模拟计算；具体包括：

在风场所在复杂地形区域中确定大气流动数值模拟的六面体主模拟区域，将目标区域的复杂地形作为地表边界面；

统计目标时间段内，风电场区中代表性测风塔各高度测层处的平均风速与风速标准差；根据该区域的地形与地表植被覆盖情况，设定地表粗糙度；将平均风速作为前导模拟的初始驱动风速，结合地表粗糙度，进行前导模拟计算；当前导模拟结果达到稳定状态后停止计算，将稳定状态下流动变量随高度变化的轮廓线在计算主模拟区内进行采样，

将所述流动变量的轮廓线作为入流边界条件，映射到主模拟区域的入流边界上，在主模拟区域内继续采用雷诺平均类湍流模型进行数值计算，待模拟结果达到统计稳定状态后，对代表性测风塔所处位置在轮毂高度层的模拟风速进行采样记录。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述前导模拟的几何区域为标准的六面体，下垫面为平面，长度和宽度为公里量级，高度为大气边界层高度；其与下垫面垂直的4个周向边界面处均设置为周期性边界条件。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述将主模拟区域内代表性测风塔处的模拟风速与实测平均风速进行对比，根据模拟风速与实测平均风速的对比结果，反馈修正前导模拟的驱动风速参数，进而生成主模拟区域的稳态入流边界条件具体包括：

若模拟风速与实测平均风速差值大于阈值,则返回将前导模拟的初始驱动风速值进行调整：

当模拟风速大于实测平均风速，则将初始驱动风速的初始值调小；当模拟风速小于实测平均风速，则将初始驱动风速调大；

若模拟风速与实测平均风速差值小于阈值，则记录最终的前导模拟的驱动风速值对应流动变量轮廓线特征，将流动变量轮廓线最终映射到主模拟区域入流边界上，作为雷诺平均类湍流模式下流动统计变量的稳态入流边界条件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述将稳态入流边界条件对应的前导模拟驱动风速参数拓展至大涡模拟类大气湍流模式，建立非定常瞬态风速的时间序列数据库，具体包括：

采用大涡模拟类大气湍流模式，选取雷诺平均类湍流模式下最终得到的驱动风速，并结合设定的地表粗糙度，在前导模拟计算主模拟区域中的4个周向边界面采用周期性边界条件，进行前导模拟；

当前导模拟结果达到统计稳定状态后，选定前导模拟计算域主模拟区域中与主流动方向垂直的任一截面，将截面区域的风速时程数据进行存储，建立统计稳定状态下，非定常瞬态风速的时间序列数据库。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述统计稳定状态是指流场变量在不同时间段内的平均值不再发生变化，而其瞬时值依旧是在平均值附近波动变化的非定常状态。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述并以此生成主模拟区域的瞬态风速入流边界条件，具体包括：

将所述非定常瞬态风速时序数据库中的截面风速时程数据，基于主模拟区域中入流边界面各空间点位距离复杂地表的实际高程，逐时间步长地提取并映射到主模拟区域的入流边界面上，形成大涡模拟类湍流模式下瞬态的风速入流边界条件。