探索基于cfd模拟的地形因素对边界层风场的影响研究

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1、中山大学硕士学位论文基于CFD模拟的地形因素对边界层风场的影响研究姓名：刘沙申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：余志20100513中山大学硕士学位论文基于CFD模拟的地形因素对边界层风场的影响研究专业：交通信息工程及控制硕士生：刘沙指导教师：余志教授摘要风场是影响大气污染物扩散、稀释最重要的气象因素，研究风场不仅对于合理地利用风能具有重要意义，也可为交通尾气污染的扩散研究提供基础。针对复杂地形下的风场特点，本文分别就地形起伏与地表粗糙度两种地形因素开展研究，总结其对风场分布及稳定

2、性的影响规律。对于地形起伏对风场的影响，本文设计了两组试验，运用非定常流动的CFD(计算流体力学)模拟，考察不同坡度的悬崖地形和山脉地形的风速、风向、湍流分布，探讨地形对于风速的抬升效果以及对风场的扰动作用。通过统计各试验方案中两种离地高度(50m和100m)水平间隔为50m的所有考察点处风速、风向随时间变化的指标，得出以下结论：与带有明显棱角的悬崖地形相比，同等高度的山脉地形对风的加速作用更强，而对风场的扰动作用却弱很多；坡度越小，地形起伏给风场带来不稳定的影响范围越小，但影响的发生点会越延后；

3、所考察的两种离地高度处，100m处各点风场所受地形起伏的影响明显弱于50m处。这些结论为特定地形风场的全面分析提供一定的技术参考。此外，本文以苏格兰Asken，ein小山为例，详细阐述了CFD模拟用于实际地形风场分析的工作流程，并且通过不同地表粗糙度下的风场结果对比，证明粗糙度条件会对风场造成较大的影响。为避免实际地形风场CFD模拟中粗糙度单一化所带来的误差，本文尝试了在此试验中引入地表粗糙度的精细化方案，取得了良好的应用效果，很大程度上提高了模拟精度，为实际工程中复杂地表的CFD模拟提供技术方法

4、。关键词：计算流体力学；风场；地形；粗糙度中山大学硕士学位论文Title：ImpactofTopographyFactorsonWindFieldinBoundaryLayerbyCFDSimulationMajor：TrafficinformationengineeringandcontrolName：LiuShaSupervisor：Prof．YuZhiAbstractWithglobalenergyconsumptionandenvironmentalpollutionproblemswor

5、sening，vviIldenergy,asacompetitiverenewableandcleanenergy,playsamoreandmoreimportantroleintheglobalenergyhierarchy,attractingevengreaterattentionthaneverbeforeineverycountry．Todraw、析ndfieldcharacteristicsincomplexterrain，twogroupsofunsteadyCFDtestsbas

6、edonthesoftwareFluentaredesigned，windspeed，turbulencedistributionofdifferentslopesinescarpmentandmountainterrainareinvestigatedtodiscussthewindfieldofthedisturbanceoftopography．Meanwhile，statisticsof埘ndspeedanddirectionvariationovertimehavebeendonefor

7、eachsitesattwoheightsaboveground(50mand100m)inallcases，toanalyzeofinstabilityofwindfiledcausedbytopographyfactorsinbothhorizontalandverticaldirections．Moreover,bytakingtheAskerveinhillforexample，workingprocedureofCFDsimulationoftherealworldtopographic

8、modelispresented．Throughcomparisonofwilldspeed—upratioinacoupleoftestswithdifferentroughnesssetting，thispaperdrawstheconclusionthatroughnessparametercallgreatlyinfluencetheaccuracyofCFDwindfieldsimulation．Toavoidthesignificanterrorcausedbysing