iref 湍流强度
风电场中基于湍流强度的风向变化理论研究
风电场中基于湍流强度的风向变化理论研究摘要：本文尝试从风速的湍流强度与风向的变化关系进行分析，说明风向的变化与横向湍流强度有关。
在大气稳定度为中性的条件下对风速场的模型进行论证，并对复杂地形条件下的风速场进行了探索，为更精确的预测风向变化提供了方向。
关键词：横向湍流强度；风向变化；风速模型；风向模型1.引言风向的变化是由其所在地理位置、全球和当地的气候状况以及地球自转的影响决定的，特别在临海、山谷甚至城郊相邻地区，风向在白天和黑夜会发生变化。
以“山谷风”为例，白天山坡及山顶上接受较多的太阳辐射，空气温度升高较快，因温差效应导致山坡上的热空气不断膨胀上升，在山顶近地面处形成低压，流向谷地上空，谷地上层空气不断下沉，在山谷地面形成高压，谷地的空气则沿山坡向山顶补充，即在山坡与山谷之间形成热力环流，即为山谷风。
到了夜间，热力环流正好相反，即风向发生与白天完全相反的变化。
风向不仅在时间上发生较大变化，在任一位置和其他位置也不尽相同，为研究风电场中风向在空间上和时间的变化，需要建立风速（风向）的变化模型。
在风电场中，确定场内各机位在时间和空间上的风向对风电场的设计、运行具有重要意义。
2.风速和湍流强度表示方法尽管风力发电机的偏航系统会保持风轮始终对准平均风速的主导风向，但风向的短期波动会增加疲劳荷载。
特别是在大风的情况下（>12m/s），风力发电机的风向突然变化会造成极端荷载快速增加。
决定风电机组负荷的风况特性通常是由现场所测的10min平均风速U10min 结合其标准偏差来表示，10min中的平均风速的变化往往服从威布尔（weibull）分布，而风速的标准偏差反映了10min内风速的自然变化，即指风速的湍流强度的标准偏差，U10min为当前风速对应的湍流强度，一般而言，服从对数正态分布，即式中：为标准高斯累积分布函数，b0、b1为受U10min影响的场址有关系数，受地表粗糙度和地形高度的影响。
3.横向和垂直方向的湍流强度模型研究在10min时间内，假设静态的风况是主要的，即较短的时间内认为U10min 和是恒定的，这在工程上认为是可靠的和满足技术要求的，但在特殊的风况下，如台风、飓风甚至当某些特定的微地形加速条件下，仅靠U10min和表示是不够的。
文献中提到的湍流参数设置
对于没有任何已知条件的情况，可根据湍动强度Ti 和特征长度L ，由下式粗略估计进口的κ和ε的分布：2)(23i nf T u =κ 2343k C με= L 07.0= 式中，nf u 是进口处的平均速度，特征长度L 可按等效管径计算。
摘自：W.Rodi,Turbulence modle and their application in hydraulics-A state of the art review,IAHR,delft,The Netherlands,1980湍流参数计算式湍流强度I （turbulence intensity)按下式计算：125.0')(Re 16.0/-==H D u u I其中，'u 和u 分别为湍流脉动速度与平均速度，H D Re 为按水里直径计算得到的Reynolds 数。
对于圆管，水力直径H D 等于圆管直径，对于其他几何形状，按等效水力直径确定。
湍流长度尺度l (turbulence length scale)按下式计算：l =0.07L这里，L 为关联尺寸。
对于充分发展的湍流，可取L 等于水力直径。
湍动粘度比μμ/t （Turbulent Viscosity Ratio)正比于湍动Reynolds 数，一般可取10/1<<μμt 。
修正的湍流粘度ν（Modified Turbulent Viscosity ）按下式计算：Il u 23=ν 湍动能κ(Turbulent Kinetic Energy)按下式计算：2)(23I u =κ如果已知湍流长度尺度l ，则湍动耗散率ε（Turbulent Dissipation Rate ）按下式计算： l C 2343κεμ=式中，μC 取0.09。
如果已知湍动粘度μμt ，则湍动耗散率ε按下式计算：12)(-=μμμκρεμt C 如果已知湍流长度尺度l ，则比耗散率w （Specific Dissipation Rate ）按下式计算： l C w 4121μκ=如果已知湍动粘度比μμt ，则耗散率w 按下式计算： 1)(-=μμμκρt w 摘自：2004——王福军——计算流体动力学分析-CFD 软件原理与应用。
(整理)FLUENT边界条件(2)—湍流设置.
FLUENT边界条件（2）—湍流设置（fluent教材—fluent入门与进阶教程于勇第九章）Fluent：湍流指定方法（Turbulence Specification Method）2009-09-16 20:50使用Fluent时，对于velocity inlet边界，涉及到湍流指定方法（Turbulence Specification Method），其中一项是Intensity and Hydraulic Diameter （强度和水利直径），本文对其进行论述。
其下参数共两项，（1）是Turbulence Intensity，确定方法如下：I=0.16/Re_DH^0.125 (1)其中Re_DH是Hydraulic Diameter（水力直径）的意思，即式(1)中的雷诺数是以水力直径为特征长度求出的。
雷诺数Re_DH=u×DH/υ(2)u为流速，DH为水利直径，υ为运动粘度。
水利直径见（2）。
（2）水利直径水力直径是水力半径的二倍，水力半径是总流过流断面面积与湿周之比。
水力半径R＝A/X (3)其中，A为截面积（管子的截面积）＝流量/流速X为湿周(字面理解水流过各种形状管子外圈湿一周的周长)例如：方形管的水利半径R=ab/2(a+b)水利直径DH=2×R (4)举例如下：如果水流速度u=10m/s，圆形管路直径2cm，水的运动粘度为1×10-6 m2/s。
则DH=2×3.14*r^2/(2*3.14*r)=2*3.14*0.01^2/(3.14*0.02)=0.01 r为圆管半径Re_DH=u×DH/υ=10*0.02/10e-6=20000I=0.16/Re_DH^0.125=0.16/20000^0.125=0.0463971424017634≈5%水力半径：润湿周长横截面积=h r ， 水力直径：h h r 4D =对圆管而言，管道直径和水力直径是一回事。
fluent经验总结
1什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？1、亚松驰（Under Relaxation）：所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减，以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。
用通用变量来写出时，为松驰因子（Relaxation Factors）。
《数值传热学-214》2、FLUENT中的亚松驰：由于FLUENT所解方程组的非线性，我们有必要控制的变化。
一般用亚松驰方法来实现控制，该方法在每一部迭代中减少了的变化量。
亚松驰最简单的形式为：单元内变量等于原来的值加上亚松驰因子a与变化的积, 分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。
这就意味着使用分离解算器解的方程，包括耦合解算器所解的非耦合方程（湍流和其他标量）都会有一个相关的亚松驰因子。
在FLUENT中，所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。
这个值适合于很多问题，但是对于一些特殊的非线性问题（如：某些湍流或者高Rayleigh数自然对流问题），在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。
使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。
如果经过4到5步的迭代残差仍然增长，你就需要减小亚松驰因子。
有时候，如果发现残差开始增加，你可以改变亚松驰因子重新计算。
在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。
最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件，并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。
最典型的情况是，亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加，但是随着解的进行残差的增加又消失了。
如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。
注意：粘性和密度的亚松驰是在每一次迭代之间的。
而且，如果直接解焓方程而不是温度方程（即：对PDF计算），基于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。
要查看默认的亚松弛因子的值，你可以在解控制面板点击默认按钮。
对于大多数流动，不需要修改默认亚松弛因子。
直径 表压 温度 湍流强度
直径表压温度湍流强度直径：在工程领域中，直径是一个非常重要的参数。
直径通常用来描述圆形截面的大小。
对于管道、轴承、轮胎等物品，其直径是非常关键的尺寸。
在机械设计中，选择合适的直径可以保证机械零件的强度和刚度，从而提高其使用寿命和性能。
表压：表压是指流体在管道中运动时所产生的压力。
表压与流速、管道截面积和流体密度等参数有关。
在实际工程应用中，需要根据具体情况计算出管道内部的表压，以确保管道系统能够正常运行。
温度：温度是物体内部分子运动状态的一种反映。
温度通常用开尔文（K）或摄氏度（℃）来表示。
在工程应用中，温度是一个非常重要的参数，因为它可以影响材料性能、机械设备运行状态和化学反应等方面。
湍流强度：湍流强度是指流体在管道中运动时所产生的湍流现象程度大小。
湍流通常会导致能量损失、噪音和振动等问题，在一些特殊场合下还会引起管道破裂和事故发生。
因此，减小湍流强度是管道设计和运行中需要考虑的重要问题。
在实际工程应用中，直径、表压、温度和湍流强度等参数通常是相互关联的。
下面将分别介绍它们之间的关系。
一、直径与表压在管道中，液体或气体通过时会产生压力。
这个压力可以分为静压和动压两部分。
静压是由于重力作用导致的，而动压则是由于流体运动产生的。
在同样的流量条件下，管道直径越大，则静压越小，动压越大。
因此，在设计管道时需要根据具体情况选择合适的直径大小来平衡静压和动压之间的关系，并确保系统能够正常运行。
二、直径与温度温度可以影响材料性能和机械设备运行状态等方面。
对于某些高温环境下的管道系统来说，需要选择耐高温材料来制造管道，并且要注意材料在高温下可能出现的膨胀和变形等问题。
此外，在某些特殊场合下，还需要考虑管道内部的热传导和热辐射等问题，以确保管道系统能够正常运行。
三、直径与湍流强度在管道中，流体运动时会产生湍流现象。
湍流通常会导致能量损失、噪音和振动等问题。
在设计管道时，需要选择合适的直径大小来减小湍流强度，并确保系统能够正常运行。
fluent湍流扩散系数
fluent湍流扩散系数Fluent湍流扩散系数的概念与应用一、引言湍流是指流体中出现的旋涡和涡旋结构，它是一种非线性的、不规则的运动方式。
在自然界和工程中，湍流广泛存在于气体、液体的运动中。
而湍流扩散系数是描述湍流扩散现象的一个重要参数，它在环境工程、化工工程等领域有着广泛的应用。
本文将从湍流扩散系数的定义、影响因素以及应用方面进行探讨。
二、湍流扩散系数的定义湍流扩散系数是指在湍流条件下，由于湍流的不规则性和随机性而引起的物质或能量的扩散速率。
在湍流运动中，流体分子的混合程度较高，使得物质的扩散速率大大增加。
湍流扩散系数可以用来描述湍流运动中物质扩散的强度和速率。
三、湍流扩散系数的影响因素1. 湍流强度：湍流强度是指湍流运动中涡旋的大小和数量，强湍流会增加物质的混合程度，从而增大湍流扩散系数。
2. 流速：流速是湍流运动中的一个重要因素，较高的流速会增加湍流的能量和湍流强度，进而增大湍流扩散系数。
3. 流体性质：流体的性质也会对湍流扩散系数产生影响。
不同的流体具有不同的粘度和密度，这些性质会影响湍流运动的特性，进而影响湍流扩散系数的大小。
四、湍流扩散系数的应用1. 环境工程中的应用：湍流扩散系数在环境工程中有着广泛的应用，如大气污染物的扩散模拟。
通过测量湍流扩散系数，可以预测污染物的传播范围和浓度分布，为环境保护和污染治理提供重要依据。
2. 化工工程中的应用：在化工工程中，湍流扩散系数是设计反应器和分离设备的重要参数。
通过合理选择湍流扩散系数，可以提高反应效率和分离效果，降低生产成本。
3. 能源工程中的应用：湍流扩散系数在燃烧和能源转换过程中也起着重要的作用。
燃烧过程中，湍流扩散系数决定了燃料和氧气的混合程度，直接影响燃烧效率和能量利用率。
五、总结湍流扩散系数是描述湍流扩散现象的重要参数，它在环境工程、化工工程和能源工程等领域有着广泛的应用。
通过研究湍流扩散系数的影响因素和应用，可以更好地理解湍流运动的特性，提高工程设计和环境保护的效果。
fluent udf 湍流参数
fluent udf 湍流参数湍流参数是湍流模拟中的一个重要概念，它决定了模拟结果的准确性和可靠性。
在Fluent UDF中，我们可以通过定义和调整湍流参数来改善模拟结果，使其更符合实际情况。
本文将介绍几个常见的湍流参数，并探讨它们对模拟结果的影响。
一、湍流模型选择在Fluent UDF中，我们可以选择不同的湍流模型来描述流体中的湍流运动。
常见的湍流模型有k-ε模型、k-ω模型、SST模型等。
每种模型都有其适用的领域和局限性。
在选择湍流模型时，需要根据具体应用场景和模拟目标来进行选择。
二、湍流粘度湍流粘度是一个重要的湍流参数，它决定了流体中湍流运动的强度。
在Fluent UDF中，我们可以通过调整湍流粘度来改变湍流模拟的结果。
一般情况下，湍流粘度越大，湍流运动越强烈；湍流粘度越小，湍流运动越弱。
三、湍流能量和湍流耗散率湍流能量和湍流耗散率是描述湍流运动特征的两个重要参数。
在Fluent UDF中，我们可以通过调整湍流能量和湍流耗散率来改变湍流模拟的结果。
湍流能量越大，湍流运动越强烈；湍流耗散率越大，湍流运动越剧烈。
四、湍流涡粘度比湍流涡粘度比是湍流模拟中的一个重要参数，它描述了湍流涡的扩散和耗散特性。
在Fluent UDF中，我们可以通过调整湍流涡粘度比来改变湍流模拟的结果。
湍流涡粘度比越大，湍流涡的扩散和耗散越强；湍流涡粘度比越小，湍流涡的扩散和耗散越弱。
五、湍流时间尺度湍流时间尺度是描述湍流运动时间特征的一个重要参数。
在Fluent UDF中，我们可以通过调整湍流时间尺度来改变湍流模拟的结果。
湍流时间尺度越小，湍流运动的时间特征越短暂；湍流时间尺度越大，湍流运动的时间特征越持久。
六、湍流强度湍流强度是描述湍流运动强度的一个重要参数。
在Fluent UDF中，我们可以通过调整湍流强度来改变湍流模拟的结果。
湍流强度越大，湍流运动越强烈；湍流强度越小，湍流运动越弱。
七、湍流长度尺度湍流长度尺度是描述湍流涡的空间特征的一个重要参数。
湍流边界条件的设置
在流场的入口、出口和远场边界上，用户需要定义流场的湍流参数。
在FLUENT 中可以使用的湍流模型有很多种。
在使用各种湍流模型时，哪些变量需要设定，哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值，都是经常困扰用户的问题。
本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法，湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF（用户自定义函数）来定义，具体方法请参见相关章节的叙述。
在大多数情况下，湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的，因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。
特别是在不知道湍流参量的分布规律时，在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。
在设置边界条件时，首先应该定性地对流动进行分析，以便边界条件的设置不违背物理规律。
违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果，甚至使计算发散而无法进行下去。
在Turbulence Specification Method （湍流定义方法）下拉列表中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。
下面具体讨论这些湍流参数的含义，以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置：（1）湍流强度（Turbulence Intensity）湍流强度I的定义为：I=Sq rt(u’*u’+v’*v’+w’*w’)/u_avg (8-1)上式中u',v' 和w' 是速度脉动量，u_avg是平均速度。
湍流强度小于1％时，可以认为湍流强度是比较低的，而在湍流强度大于10％时，则可以认为湍流强度是比较高的。
在来流为层流时，湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。
比如在模拟风洞试验的计算中，自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。
在现代的低湍流度风洞中，自由流的湍流强度通常低于0.05%。
内流问题进口处的湍流强度取决于上游流动状态。
如果上游是没有充分发展的未受扰流动，则进口处可以使用低湍流强度。
湍流强度对风力发电机疲劳载荷的影响分析
湍流强度对风力发电机疲劳载荷的影响分析作者：廖丹来源：《商品与质量·消费视点》2013年第06期摘要：为了分析风场湍流强度对风力发电机载荷的影响，我们利用Bladed软件对软件自带的Demo模型进行了不同湍流强度下各部件的疲劳载荷计算，其结果为风力发电机的设计研发提供了一定的参考依据。
关键词：湍流强度；Bladed软件；疲劳载荷计算一、前言随着科技的不断发展，各行各业对能源的需求量越来越大，矿石燃料已经不能满足人们生产生活的需要。
风能、太阳能、潮汐能等新新能源已经越来越受到重视。
2006年国家气候中心对我国风能资源进行了评价，得出：在不考虑青藏高原的情况下，全国陆地上离地面10m 高度层风能资源技术可开发量为25.48亿kW。
风能是一种清洁的再生能源，分布在我国的广泛地区，为我国的能源需求提供了强有力的补充[1]。
风力发电机组是通过风能带动叶片转动，并将叶片的动能转化为电能。
风机的湍流强度一般是由地形引起的湍流和风机产生的尾流来决定。
风场的湍流强度对风力发电机的载荷、发电量、振动等性能都有着很大的影响。
本文以Bladed软件自带的demo模型为例，通过对不同湍流强度下各主要部件截面的等效疲劳载荷计算，分析湍流强度对风机载荷的影响。
二、湍流的定义湍流是指在短时间内的风速变化。
湍流产生的原因主要有两个：一个是，由于地形的变化造成的空气在流动过程中与地表的摩擦；另一个是由于空气密度差异和气温变化的热效应是的空气团垂直运动。
这两种作用相互关联，互相影响，产生了空气的这种复杂的流动[2]。
湍流强度也称湍流密度，是对湍流总体水平的度量，定义为：试中，为风速U相对于平均风速的标准方差。
湍流强度由地表的粗糙度及高度，以及地貌特征决定。
在IEC、GL等风机设计标准中，一般根据湍流强度将风机的设计等级分类。
表1中，列出了IEC61400-1中的风机设计等级。
可以看出，根据湍流强度的不同，风机分为A、B、C三类[4]。
fluent湍流设置
湍流边界条件设置在流场的入口、出口和远场边界上，用户需要定义流场的湍流参数。
在FLUENT中可以使用的湍流模型有很多种。
在使用各种湍流模型时，哪些变量需要设定，哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值，都是经常困扰用户的问题。
本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法，湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF(用户自定义函数)来定义，具体方法请参见相关章节的叙述。
在大多数情况下，湍流是在入口后面一段距离经过转操形成的，因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。
特别是在不知道湍流参量的分布规律时，在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。
在设置边界条件时，首先应该定性地对流动进行分析，以便边界条件的设置不违背物理规律。
违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果，甚至使计算发散而无法进行下去。
在TurbulenceSpecificationMethod(湍流定义方法)下拉列表中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。
下面具体讨论这些湍流参数的含义，以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置：(1)湍流强度(TurbulenceIntensity)湍流强度I的定义为：I=Sqrt(u'*u'+v'*v'+w'*-w1)')/u_avg(8上式中u',v'和w'是速度脉动量，u_avg是平均速度。
湍流强度小于1%时，可以认为湍流强度是比较低的，而在湍流强度大于10%时，则可以认为湍流强度是比较高的。
在来流为层流时，湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。
比如在模拟风洞试验的计算中，自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。
在现代的低湍流度风洞中，自由流的湍流强度通常低于0.05%。
内流问题进口处的湍流强度取决于上游流动状态。
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iref 湍流强度
摘要：
1.湍流强度的定义与意义
2.湍流强度的测量方法
3.湍流强度的影响因素
4.湍流强度在实际应用中的作用
正文：
一、湍流强度的定义与意义
湍流强度（turbulence intensity）是描述流体湍流特性的一个重要参数，它反映了流体在湍流状态下的混乱程度和混合能力。
湍流强度的大小直接影响到流体的传热、传质以及流动阻力等性能，因此在工程应用中具有重要的意义。
二、湍流强度的测量方法
湍流强度的测量方法有多种，常见的有以下几种：
1.涡旋频率法：通过测量涡旋的频率来计算湍流强度。
2.涡旋扩散法：通过测量涡旋的扩散程度来计算湍流强度。
3.激光多普勒测速仪法：通过测量流体中粒子的速度分布来计算湍流强度。
4.热线测温法：通过测量流体温度的时空变化来计算湍流强度。
三、湍流强度的影响因素
湍流强度的大小受多种因素影响，主要包括以下几点：
1.流速：流速越大，湍流强度越大。
2.流体黏度：流体黏度越小，湍流强度越大。
3.流体密度：流体密度越大，湍流强度越大。
4.管道粗糙度：管道粗糙度越大，湍流强度越大。
四、湍流强度在实际应用中的作用
湍流强度在工程应用中有着广泛的应用，主要表现在以下几个方面：
1.热交换器设计：合理的湍流强度可以提高热交换器的传热效率。
2.流动阻力控制：通过调整湍流强度，可以降低流动阻力，减少能耗。
3.流体混合：在化工、石油等工业生产过程中，湍流强度的控制对于流体的混合和传质具有重要作用。
4.飞行器设计：对于飞行器来说，合理的湍流强度可以降低阻力，提高飞行性能。
总之，湍流强度作为描述流体湍流特性的重要参数，对于工程应用具有重要的指导意义。