FLUENT在复杂地形风场精细模拟中的应用研究_李磊
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FLUENT在复杂地形风场精细模拟中的应用研究*李 磊（深圳市国家气候观象台，深圳市气象局，深圳，518040）摘 要本文尝试将计算流体力学软件FLUENT用于复杂地形风场的精细模拟研究，所进行的一系列数值模拟试验表明：由于采用了中尺度模式较少采用的计算机辅助建模、非结构化网格和有限体积法等技术，FLUENT 可以实现复杂地形乃至极度陡峭地形上的风场模拟，完成普通中尺度模式难以完成的任务。
相比于普通中尺度模式，FLUENT可以更为精确地描述下垫面的复杂地形特征，因而能够在小尺度范围内得到分辨率更高、且更为准确的复杂地形上的近地层风场模拟结果。
关键词：FLUENT, 计算流体力学, 复杂地形, 风场, 精细模拟1 引言了解近地层的风场特征，对于风能评估、大气环境影响评价以及气象灾害风险评估都有着非常重要的意义。
然而在复杂地形上，近地层风场分布具有高度的非均匀性，观测数据所能代表的范围非常有限，在这种情况下，利用数值模拟方法获得复杂地形条件下高分辨率的近地层风场资料，就显得非常重要。
事实上，模拟复杂地形上的风场结构，一直是大气科学中一个重要的问题，许多学者已经针对大气环境评价、风能评估等不同方面的需求，从不同角度展开研究，并取得了丰富的成果[1-11]。
这些研究主要基于中尺度模式展开，通常采用地形追随坐标，通过方程组的坐标变换来描述复杂地形，在数值计算方法上以差分格式为主。
中尺度模式的空间分辨率最高可达到100m数量级，且在模拟的前处理阶段需要对地形进行不同程度平滑，以获得计算上的稳定性[12, 13]。
对于中尺度模式而言，当遇到极为陡峭的地形时，有可能出现积分溢出的情况。
近年来，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）类的模式在气象领域的应用正在得到越来越多的关注，尤其是在城市微尺度风场及污染扩散研究中已经得到了较广泛的应用[14-17]。
CFD类模式处理复杂几何体的能力引起了一些气象学者的注意，逐渐尝试将其应用到复杂地形风场模拟中。
基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究共3篇
基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究共3篇基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究1随着环保意识的增强和可再生能源的广泛应用，风力发电成为了备受关注的一种清洁能源。
在风力发电机的设计和研发过程中，对其流场特性的研究至关重要。
FLUENT作为一种基于CFD （计算流体力学）的软件，可以用来模拟风力发电机的流场，对其性能进行评估、优化与改进。
风力发电机是一种将风能转换为电能的设备，其主要结构由叶片、轮毂、塔架、发电机等组成。
在风能的作用下，叶片旋转，带动轮毂旋转，进而带动发电机发电。
因此，叶片的aerodynamic design 对风力发电的效率至关重要。
基于FLUENT的流场仿真可以模拟风力发电机的空气流动情况，包括空气流速、压力分布、湍流情况等。
通过分析仿真结果，可以优化叶片的 aerodynamic design，提高风力发电机的效率和输出能力。
风力发电机在不同的气候条件和地形条件下的效果不同。
通过FLUENT的流场仿真，可以对不同环境条件下的风力发电机进行模拟和测试。
同时，在风力发电机的设计过程中，FLUENT可以用来预测其性能参数，包括功率、转速、风速等。
通过不断调整和优化设计方案，可以取得更好的性能表现。
除了叶片设计和性能预测，FLUENT还可以用来研究风力发电机与周围环境的相互影响。
在实际应用中，风力发电机一般建设在开阔的地区，因此其周围环境可能会对其性能产生影响。
比如在高低起伏的地形中，风力发电机的性能可能因叶片在不同高度处风阻不同而受到影响。
通过FLUENT的流场仿真，可以对不同地形条件下的风力发电机进行模拟，了解其周围环境对其性能的影响，进而制定相应的优化措施。
总之，基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究可以为风力发电的设计和开发提供重要的支持和指导。
通过精确的流场模拟和优化，可以使风力发电机的性能得到最大化的提高，为可再生能源的推广和利用做出贡献基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究是提高风力发电机性能的有效途径。
一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置[发明专利]
![一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2d27f97f2f3f5727a5e9856a561252d380eb2014.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810681919.X(22)申请日 2018.06.27(71)申请人 广东电网有限责任公司电力科学研究院地址 510080 广东省广州市越秀区东风东路水均岗8号(72)发明人 罗啸宇 谢文平 肖凯 聂铭 雷旭 姚博 刘震卿 吴晓波 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限公司 11227代理人 张春水 唐京桥(51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置(57)摘要本发明公开了一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置，本发明通过WRF模式模拟所述CFD三维复杂地形模型的粗分辨率风场数据，并建立WRF风场网格模型，并在处理WRF风场网格模型计算的风场数据，通过使用距离倒数加权法或三点共面线性插值法进行插值，得到CFD三维复杂地形模型的5个边界面风场数据，相比曲线拟合的计算方式更加简单和直接，避免曲线拟合在风速波动较大时出现较大偏差的情况，解决了现有的复杂地形风场模拟方法精确度低的技术问题。
权利要求书2页 说明书9页 附图5页CN 108776745 A 2018.11.09C N 108776745A1.一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法，其特征在于，包括：S1：根据GIS高程数据，建立CFD三维复杂地形模型；S2：通过WRF模式模拟所述CFD三维复杂地形模型的粗分辨率风场数据，并建立WRF风场网格模型；S3：根据所述WRF风场网格模型，通过距离加权法或三点共面线性插值法计算所述CFD 三维复杂地形模型的边界面中预置坐标点的风速分布数据，其中，所述风速分布数据包括：x方向风速U，y方向风速V，z方向风速W；S4：判断已计算的边界面数量是否为5，若是，则执行步骤S5，若否返回步骤S3，得到未计算的非底面边界面的所述风速分布数据；S5：驱动Fluent对所述风速分布数据进行计算，得到复杂地形风场湍流模型。
fluent 土木案例
fluent 土木案例Fluent土木案例Fluent是一款流体力学模拟软件，可用于模拟各种流体现象，包括空气、水、油等。
在土木工程领域，Fluent可以用于模拟建筑物风荷载、水力学问题等。
本文将介绍一个Fluent在土木工程领域的应用案例。
案例背景：某城市的一座高层建筑在建设过程中出现了风荷载过大的问题。
建筑物位于城市中心，周围有许多高楼大厦，风场非常复杂。
为了解决这个问题，工程师们使用了Fluent进行数值模拟分析。
分析过程：1. 建立模型首先，工程师们需要建立一个建筑物的三维模型。
他们使用了CAD软件绘制了该建筑物的平面图和立面图，并将其导入到Fluent中进行三维重构。
由于该建筑物比较复杂，需要花费一定时间来完成三维重构。
2. 设定边界条件在模型建立完成后，工程师们需要设定边界条件。
由于该建筑物位于城市中心，周围有许多高楼大厦和道路，在设定边界条件时需要考虑这些因素。
工程师们将周围建筑物和道路的影响考虑在内，并设置了适当的边界条件。
3. 进行数值模拟在设定好边界条件后，工程师们开始进行数值模拟。
他们使用了Fluent中的风场模块，对建筑物受到的风荷载进行了模拟分析。
由于该建筑物高度较大，需要考虑不同高度处的风荷载情况。
4. 分析结果经过数值模拟分析，工程师们得出了该建筑物在不同风速下的受力情况。
他们发现，在某些风速下，该建筑物受到的风荷载超过了设计标准，存在安全隐患。
5. 优化方案根据分析结果，工程师们提出了一些优化方案。
他们通过增加建筑物表面的细节设计、改变建筑物形状等方式来减小风荷载。
然后再次使用Fluent进行数值模拟分析，并得出最终方案。
6. 结果验证最后，工程师们对最终方案进行了实验验证，并发现其有效性得到证实。
他们成功地解决了该建筑物在施工过程中遇到的风荷载过大的问题。
总结：通过Fluent的数值模拟分析，工程师们成功地解决了该建筑物在施工过程中遇到的风荷载过大的问题。
Fluent为土木工程领域提供了一种高效、准确、可靠的分析方法，为工程师们提供了有力的帮助。
复杂地形与建筑物共存情况下的风场模拟研究
。 ；ｔ ６ ． ０ ＝１ ４ ． ０
ｃ ）
１ ２ ． ０
．
１ ０ ０ ０ ． ０
环境 模拟 的问题 。 值 得 特 别指 出的是 ，本 文 的模 拟个 例 是在 台
Ｘ （ ｍ ）
筑 物 周边 风 环境 模拟 的难 题 。中尺度 模式 可 获取 大尺 度 背景场 ，且在 模 拟 中可 同化 观测 资料 ，保
ｃ ， ）１ ８ ． Ｏ
口
证 中尺度模拟的可靠性 ， 从而为微尺度 Ｃ Ｆ Ｄ模拟 提供真实、 准确的初、 边界条件 。 而基于 Ｃ Ｆ Ｄ的 模拟可精细描述复杂地形和建筑物的几何特征 ， 且提供高分辨率的精细模拟结果 ，二者的耦合使 用 ，较好解决 了复杂地形条件下建筑物周边风场
着陆点 ， ｘ 为 负值 表示 飞 机 尚在 空 中滑翔 ， 为 正
值表示飞机已着陆 ，正在跑道上滑行 。在北侧航 道上 ，侧 向风速 的变化 幅度 较小 ，侧 向风 速从
一
研究复杂地形条件下建筑物周边的大气扩散等问 题 。该技术方法对于气象风险评估 、大气环境影 响评价等相关业务工作有一定 的应用前景 。
建筑 群 对来 风造 成 显著 影 响 ，建筑 群 的背 风侧 有
５ 结论与展望
本 文 利用 中尺度模 式 Ｒ Ａ ＭＳ和 微尺 度 Ｃ Ｆ Ｄ
较大面积的较低风速区，较低风速区覆盖 了南侧 跑道 的飞机着陆路线 ，其内部平均风速降至 ｌ ５ ｍ ／ ｓ左右。流线分析表明气流在抵达机场建筑群 之前较为平顺 ， 而 ０ ． ７ ｍ ／ ｓ 降到 ｘ ＝ Ｏ ｍ处的 ｌ ８ ． ７
ｍ ／ ｓ ，降幅为 ２ ｍ ／ ｓ 。而在南侧航道 ，侧 向风速从
基于FLUENT的下击暴流风场的数值模拟
基于FLUENT的下击暴流风场的数值模拟
马朋
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2010(036)033
【摘要】基于冲击射流理论,利用CFD(Computational Fluid Dynamics)通用商业软件FLUENT对下击暴流风场建立三维数值模型,分析了下击暴流风场径向速度的竖向剖面分布,并将此结果与三种经验风速剖面和一种实测风速剖面进行对比,认为此模拟方法所得到的下击暴流风场可信,这对进一步研究实际工程的抗风设计有一定的借鉴意义.
【总页数】2页(P77-78)
【作者】马朋
【作者单位】山西潞安高纯硅业科技有限公司,山西,长治,046108
【正文语种】中文
【中图分类】TU312.1
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1.基于FLUENT的下击暴流风场建模 [J], 苏国威;李瑞克
2.山脉地形下击暴流风场数值模拟 [J], 汪之松;唐阳红;方智远;思建有
3.基于壁面射流的下击暴流风场特性研究 [J], 洪艺然; 李昌茂; 肖云凤; 周娇
4.基于壁面射流的下击暴流风场特性研究 [J], 洪艺然; 李昌茂; 肖云凤; 周娇
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基于CFD技术进行复杂地形风资源评估及验证
基于CFD技术进行复杂地形风资源评估及验证摘要：目前风电场开发项目涉及较多复杂地形的区域，以往的线性模型由于本身的模型限制，对风资源评估产生较大的不确定性，同时由于项目测风塔数量较多，如何进行多个测风塔的综合分析利用，得到可靠的结果，这也是复杂地形风能资源评估的核心问题之一。
本文针对河北风电场实际工程项目，采用基于计算流体力学技术的法国美迪WT软件进行此项目的风资源评估，并通过现场多个测风塔的外推结果，来验证美迪WT软件在复杂地形条件下进行风资源计算评估的可靠性，在以往线性模型的基础上增加了风资源评估的手段与方法。
关键词：复杂地形，风资源，CFD，美迪WTAbstract: at present, the wind farm development project involves more complex terrain area, the former linear model because of their limited model, the wind resources evaluation produce greater uncertainty, at the same time as the wind towers project quantity, how to measure wind towers over the comprehensive analysis of the use of, have a reliable results, this also is the complicated terrain wind resources evaluation one of the core problems. This article in view of the actual project hebei wind farms, the computational fluid dynamics technology based on the French meidi WT software to the project, the wind resources evaluation, and through the field more measured the wind towers outside push results, to verify the software in the complex terrain meidi WT under conditions of the wind resources evaluation calculation of reliability, in past the linear model based on wind resources evaluation of increased means and methods.Keywords: complex terrain, the wind resource, CFD, meidi WT1、引言本项目工程位于河北省北部山区，项目总面积约120平方公里，测风塔4座，林区覆盖，但山顶为荒草地，海拔在1400-2200米之间，海拔变化较大，气候条件恶劣，经常出现大风及降雪天气，是典型的复杂地形项目。
gis、cfd软件在风电场中的应用
Ｓｃｈｕｌｚ [４] 对西班牙北部一处复杂地形风电场在极端风
况条件下的风力涡轮机功率、负荷和尾流发展进行了
数值分析ꎬ仅仅是个别风机、局部区域的模拟分析ꎮ 国
内也有不少学者进行了研究ꎬ如文献[５] 基于 ＣＦＤ 开
收稿日期:２０１９ － １１ － ０８
对桥址峡谷地貌进行风场
特性的 ＣＦＤ 模拟分析ꎬ但技术路线不够详细ꎮ 刘敏
[７]
利用地理信息系统( ＧＩＳ) 理论基础和技术手段ꎬ为风
ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｕｓｅｆｕｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｏｗｅｒｓ ａｎｄ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅｓ ａｎｄ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ￣
ｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ. Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｆｒｅｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ａｃｃｕｒａｃｙꎬ ｂｅｔｔｅｒ
fineflowfieldanalysisofwindfarms?gis?cfd?reverseengineeringsoftware?velocityvectordiagramofflowfield近年来?由于技术的进步?风力发电飞速发展?平坦地形风资源已逐渐开发完全?风电正向着复杂地形方向开发?根据?中国风电发展路线图2050??中国今后将继续推进风电的规模化开发?按照第四次全国风能资源详查和评价?得到我国陆上不包括青藏高原海拔高度超过3500m以上的区域可供风能资源技术开发量为2034亿kw1?目前?在风电场风资源评估中?丹麦riso国家实验室基于线性模型开发的wasp软件?适用于地形平坦的风场?以及近几年发展起来的法国meteodyn公司开发的风流自动测算软件wt?其采用计算流体力学方法?能反映出复杂地形下风场的流动情况?适合复杂地形下风电场风资源评估?具有更好的发展前景2?但这类软件一般费用昂贵?目前?对地形上流场的研究分析大都是在中高尺度气象方面的研究?主要集中在农业气象等方面?应用在具体小尺度风电场方面的研究不是很多?在国外?som?munda3利用cfd计算流体力学模型和gis地理信息系统研究了城市再开发和建筑施工对位于建筑密集区的国立釜庆大学校园周边细流场的影响?从16个来流方向进行了模拟分析?christophschulz4对西班牙北部一处复杂地形风电场在极端风况条件下的风力涡轮机功率负荷和尾流发展进行了数值分析?仅仅是个别风机局部区域的模拟分析?国内也有不少学者进行了研究?如文献5基于cfd开92水电与新能源2020年第1期发了一种风电短期预测方法?文章主要集中于风电场风机如何聚类模型如何建立对风功率短期预测进行了研究?缺乏风电场地形高程数据的获取和地形模拟等方面的知识?祝志文6对桥址峡谷地貌进行风场特性的cfd模拟分析?但技术路线不够详细?刘敏7利用地理信息系统gis理论基础和技术手段?为风电场选址产业数据库建立风功率预测提供技术支持?只是提出这类设想?缺乏具体实践?李磊8对比了rams与fluent的模拟结果?表明fluent完全可以用于小尺度复杂地形上风场的精细模拟?但缺乏地形获取及模拟过程?本文以陕北某风电场为例?对风电场地形进行建模?将模型导入cfd软件进行模拟分析?得到流场云图?探讨复杂地形对风速的影响?得到通过giscfd软件在研究复杂地形下风场的流动情况的的思路?降低风电场技
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3 期
李 磊等 :F LU EN T 在复杂地形风场精 细模拟中的应用研究 6 23
图 2 佛爷顶模拟试验方案设置 (a)RA M S 第 2 至第 4 层网格的模拟区域 , (b)RA M S 第 4 层网格内的地形分布 , 模拟范围 10400 m ×10400 m ,
F LU EN T 的模拟区域 , 将 D4 内的 RAMS 模拟气 象数据在粗黑线所在的垂直切面上的值提取出来 ,
作为侧边界条件传递给 F L UEN T 的计算模型 , 同
时将 D4 内的 RAM S 模拟地温 数据在粗黑线 以内 的值传递给 F L UENT , 作为地表的下边界条件 , 以
驱动其进行下一步的精细模拟 。
1 引言
了解近地层的风场特征 , 对于风能评估 、 大气 环境影响评价以及气象灾害风险评估等都有着非常 重要的意义 。 然而在复杂地形上 , 近地层风场分布 具有高度的非均匀性 , 观测数据所能代表的范围非 常有限 , 在这种情况下 , 利用数值模拟方法获得复 杂地形条件下高分辨率的近地层风场资料 , 就显得 非常重要 。 事实上 , 模拟复杂地形上的风场结构 , 一直是 大气科学中一个重要的问题 , 许多学者已经针对大 气环境评价 、 风能评估等不同方面的需求 , 从不同 角度展开研究 , 并取得了丰硕的成果[ 1 -11] 。 这些研 究主要基于中尺度模式展开 , 通常采用地形追随坐 标 , 通过方程组的坐标变换来描述复杂地形 , 在数 值计算方法上以差分格式为主 。 中尺度模式的空间 分辨率最高可达到 100 m 量级 , 且在模拟的前处理 阶段需要对地形进行不同程度的平滑 , 以获得计算 上的稳定性[ 12 -13] 。对 于中尺度模式而言 , 当遇到 极为陡峭的地形时 , 有可能出现积分溢出的情况 。 近年来 , 计算流体力学(Com put ational F luid
62 2
高 原 气 象 29 卷
有相当强的建模和网格划分功能 , 能应对求解域内 的各种复杂几何形状 。 同时 , F LU EN T 还提供了 丰富的数据接口 , 用于增加必要的物理模型和链接 外部数据 。 F L UENT 的这些特性 , 使得将其用于 模拟复杂地形上的风场成为可能 。 为了验证 F LU EN T 应用于复杂地形风场精细 模拟的可行性 , 本文首先选取北京地区佛爷顶地面 观测站的周边区域进行了数值模拟试验 , 通过与观 测资料的对比 , 探讨 F L UEN T 用于复杂地形风场 模拟的可行性和准确性 。随后利用我国西南某峡谷 地区进行了进一步的数值 试验 , 以 检验 F L UEN T 模拟极度复 杂(陡峭)地形条件下近 地层风场的能 力。
收稿日期 :2009-07-08 ;改回日期 :2009-09-02 基金项目 :国家自然科学基金项目(40805004 , 40705039 , 90715031);中国气象局国家气候中心“ 风能资源详查和评价工作小型类研究项
目” 共同资助
作者简介 :李磊(1977 —), 男 , 重庆人 , 博士 , 副研究员 , 主要从事复杂下垫面大气边界层的数值模拟研究和城市气候研究 E-m ail :chonp @163 .com ＊通信作者 :张立杰 .E-mail :li ji ell @163 .com
需要指出的是 , 下边界地表温度数据的传递 ,
弥补了 F LU EN T 自身无法模拟地表辐射平衡过程 的缺陷 , 能保障 F L UEN T 模拟近地层风场时可考
虑热力过程 。 F L UEN T 模拟区域内的地形高程模 型如图 2c 所示 , 模拟区域顶高为 3500 m , 解域内
的非结构化网格如图 2d 所示 , 网格边长为 30 m 。 F LUEN T 主要控制方程如下 :
ui t
+u j
ui xj
=
-
1 ρ
p xi
+
μ ρ
2 ui xj x j
-
x
(u′iu′j )+f
j
i
,
(1)
ui xi
=0 ,
(2)
T t
+u i
T xi
=k
2T
x
2 i
,
(3)
其中 , ui 表示速度分量的平均值 , u′i 表示速度扰 动量 , ρ为大气密度 , f i 在这里考虑为热力作用产 生的浮力 , 热力学方程中 T 表示气体的平均温度 。 湍流闭合方案采用 Realizable k -ε方案 , 与风洞实 验的对比表明 , 该方案是 F L UEN T 所采用的 3 个 k -ε方案中最好的一个[ 20] 。 侧边界条件均采用固 定速度边界条件, 风速与气温的数据均直接用 RAM S 模拟 D4 区域内的数据 , 下边界采用固定边 界条件 , 地表温度为 RAM S 模拟的 D4 区域内的地
3 佛爷顶数值模拟试验
3 .1 数值模拟试验方案 佛 爷顶观 测站 的经 纬度 坐标 为 40 .6014°N 、 116 .1347°E , 位于北京西北山区的佛爷顶山头上 , 海拔高 度超 过 1200 m 。 模拟 采用 了 中尺 度 模式 RA MS 与 F LUEห้องสมุดไป่ตู้ T 结合进行模拟的思路 , 具体如 图 1 所 示 :(1)首 先 利 用 F L UEN T 的 前处 理 器 GAMBIT , 根据 100 m ×100 m 分辨率的地形高程 数据建立了以佛爷顶地面站为中心的 8 km ×8 km 范围内的地形 CAD 模型 ;(2)以建立的 CAD 模型 为 F L UEN T 的解域 , 并对其进行非结构化网格划 分 , 生 成 F LU EN T 可 识 别 的 msh 文 件 ;(3)以 NCEP 再分析资料为背景 场 , 利用 RAM S 进行模 拟 , 模拟范围包括了 F LU EN T 模拟所涉及的区域 ; (4)利用 F L UEN T 的 Boundary P rof ile(BP)模块 , 将 RAMS 模拟的各时次风速 、 气温和地温数据分 别传 递 给 F L UEN T 解 域的 各 个 边界 ;(5)启 动 F L UENT 进行诊断模拟 , 所得到的结果即为该时 次 的模拟结果 。这种将 中尺度模式与CF D软件结
摘 要 :尝试将计算流体力学软件 F L U EN T 用于复杂地形风场的精细模拟研究 , 进行的一系列数值模 拟试验表明 :由于采用了中尺度模式较少采用的计算机辅助建模 、 非结构化网格和有限体积法等技术 , F L UEN T 可以实现复 杂地形乃至极度陡峭地形上的风场模拟 , 完成 普通中尺度 模式难以 完成的任 务 。 相比于普通中尺度模式 , F LU EN T 可以更为精确地描述下垫面的复杂地形 特征 , 因而能够在 小尺度范 围内得到分辨率更高 、 且更为准确的复杂地形上的近地层风场模拟结果 。 关键词 :FL U EN T 软件 ;计算 流体力学 ;复杂地形 ;风场 ;精细模拟 文章编号 :1000-0534(2010)03-0621-08 中图分类号 :P445 文献标识码 :A
FLUENT 在复杂地形风场精细模拟中的应用研究
李 磊1 , 张立杰1＊ , 张 宁2 , 胡 非3 , 江 崟1 , 蒋维楣2
(1 .深圳市国家气候观象台/ 深圳市气象局 , 深圳 518040 ;2 .南京大学 大气科学学院 , 江苏 南京 210093 ; 3 .中国科学院 大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室 , 北京 100029)
图 1 RA M S 与 FL U EN T 结合进行模拟的流程 Fig .1 T he flo wchar t o f the RA M S/ F LU EN T simula tion
合使用的方法 , 最早被用于城市街区尺度气象环境 的精细模拟 , 被证明比单纯利用理想风 、 温廓线作 为边界条件更为合理和真实[ 19] 。
粗黑线内区域为 FLU E N T 模拟区域 , (c)利用地面高程数据建立的 FLU EN T 模拟解域 , 模拟范围 8000 m ×8000 m , (d)FLU EN T 模拟解域内的非结构化网格
Fig .2 T he setting of the numerical ex periment in Foy eding .(a)the 2nd , 3rd and 4th g rids of the RA M S simulatio n domain, (b)the ter rain of the 4th RAM S g rid(10400 m ×10400 m), the square indicates the simulatio n domain of F L U EN T , (c)the terr ain model of the F L U EN T simulation domain(8000 m ×8000 m), (d)the unstructur ed g rid used in FL U EN T simulatio n
2 模拟工具及研究方法简介
F LUEN T 是国际知名的 CF D 软件 , 集成了非 常丰富的参数化方案和物理模型 , 可用于多种流体 问题的数值模拟 。 在数值 计算方法 上 , F L UENT 采用 了 以 有 限 体 积 法 (F init e V olume M et ho d , FVM)为核心的方法 , 可以用于非结构化网格体系 的数 值求解 。F L UEN T 的 前处理器 GAM BIT 具
表温度数据 。 通过包辛尼斯克假设来考虑下垫面加 热对近地面风场的影响 。由于 F LU EN T 模拟范围 的水平尺度在 10 km 以内 , 忽略科氏力是合理的 。 模拟时段选取为 2005 年 8 月 29 日 08 :00 ～ 30 日 14 :00(北京时 , 下同), 考虑模拟的最初 12 h 为 Spin -up 阶段 , RAM S 模拟结果从 2005 年 8 月 29 日 20 :00 起 , 每隔 6 h 输出一次 , 并将模拟的结果 用边界廓线(BP)模块传递给 F L UEN T 以进行进一 步的精细模拟 。