The invention belongs to the field of wind engineering, and discloses a method for simulating the surface roughness of complex terrain based on OpenFOAM. The method comprises the following steps: 1) establishing CFD model of complex terrain to generate refined meshes; 2) extracting the surface roughness length data of CFD model of complex terrain to convert the surface roughness length into surface roughness length. The height of vegetation cover provides accurate data basis for simulating the influence of vegetation cover on wind field of complex terrain; 3) Calculate the resistance coefficient of vegetation cover to wind field at different heights, and then convert the height of vegetation cover to the corresponding resistance coefficient; 4) Use OpenFOAM to add resistance coefficient and vegetation cover the surface. A more accurate simulation result of wind field characteristics in complex terrain is obtained. The invention uses a computer-supported programming language and considers the influence of surface roughness on wind field of complex terrain, which is beneficial to improving the accuracy of wind field numerical simulation of complex terrain.
【技术实现步骤摘要】
一种基于OpenFOAM的模拟复杂地形地表粗糙度的方法
本专利技术属于计算风工程领域,更具体地,涉及一种模拟复杂地形地表粗糙度的方法。
技术介绍
地表粗糙度长度,是指因地表起伏不平或地物本身几何形状的影响,风速廓线上风速为零的位置并不在地表(高度为零处),而在离地表的一定高度。这一高度也称为空气动力学粗糙度长度,是地表对经过的流体的型态和阻滞力产生影响的一个综合特征参数。地表粗糙度长度是由于地表的植被等产生的,表示了地表的空气动力学特征,反应地表对风速的减弱作用,取决于地面粗糙因素,如粗糙元素的几何形状、大小高度、分布类型和分布密度。研究地表粗糙度长度对分析近地层中气候与环境的变化、风场模拟和风资源评估的准确性具有重要意义。对于地表粗糙度长度的模拟,一种方法是基于湍流模型的壁面函数法。Blocken等从理论上讨论了传统CFD(ComputationalFluidDynamics,计算流体动力学)设置在模拟粗糙壁面条件风场方面的制约性,并提出了相应的改进方法;Knopp等提出了CFD模拟中适用于模型的粗糙度修正方法。但这些研究没有针对实际地形测试风场分布对地表粗糙度的敏感性,也没有对实际复杂地形中的地表粗糙度长度变化做出适当调整。邓院昌等对整个模拟区域的下垫面进行粗糙度精细化设置来提高模拟精度,但是在数值模拟进行区域分块时均设置了相同的粗糙度,并未最大程度地考虑复杂地形的实际情况。而且使用基于湍流模型的壁面函数法模拟复杂地表粗糙度长度时,无法捕捉粗糙区域内的湍流结构,也没有考虑地表覆盖植被相关参数的影响。另一种方法是通过在Navier-Stokes动量方程中 ...
【技术保护点】
1.一种基于OpenFOAM的模拟复杂地形地表粗糙度的方法,其特征在于,该方法包含以下步骤:1)在OpenFOAM中基于GIS数据建立复杂地形CFD模型,生成精细化网格;2)基于GIS数据提取复杂地形CFD模型的地表粗糙度长度数据,然后将一系列分布在等值线上的随机点的地表粗糙度长度转化为地表覆盖植被高度;3)计算地表覆盖植被在不同高度处对风场的阻力系数,然后将地表覆盖植被高度转换为相应的阻力系数;4)使用OpenFOAM添加阻力系数和地表覆盖植被阻力项,从而获得复杂地形风场特性模拟结果。
【技术特征摘要】
1.一种基于OpenFOAM的模拟复杂地形地表粗糙度的方法,其特征在于,该方法包含以下步骤:1)在OpenFOAM中基于GIS数据建立复杂地形CFD模型,生成精细化网格;2)基于GIS数据提取复杂地形CFD模型的地表粗糙度长度数据,然后将一系列分布在等值线上的随机点的地表粗糙度长度转化为地表覆盖植被高度;3)计算地表覆盖植被在不同高度处对风场的阻力系数,然后将地表覆盖植被高度转换为相应的阻力系数;4)使用OpenFOAM添加阻力系数和地表覆盖植被阻力项,从而获得复杂地形风场特性模拟结果。2.根据权利要求1所述的一种基于OpenFOAM的模拟复杂地形地表粗糙度的方法,其特征在于,步骤1)具体包括以下子步骤:1.1)确定目标的中心经纬度,从GIS地理信息系统中获取目标所在区域的ASTERGDEM30米分辨率大地坐标下的地形数据,使用ArcMap处理GIS数据,从而获得WGS_1984_UTM坐标系下的地形数据网格节点;1.2)参数化建立三维平坦地形CFD模型并生成精细化网格:复杂地形CFD模型的计算域设置为长方体区域,根据实际的地形地貌找到对计算域有影响的复杂地形,计算域需要包含这些复杂地形,而且采用非结构化三棱柱网格以充分拟合复杂几何边界,其中,在计算域的不同区域采用分辨率不同的网格,复杂地形CFD模型在竖直方向上采用相邻网格尺寸比值为定值的σ网格;1.3)实现计算域的地形数据网格节点与三维平坦地形CFD模型网格节点之间的数据转换:根据三维平坦地形CFD模型中每一个底面网格数据节点的坐标,找到其在地形数据网格节点中的对应位置,然后使用该位置周围的3个地形数据网格节点的高程,通过三角形共面线性插值得到底面网格节点的高程,同时,在三维平坦地形CFD模型中,竖直方向上其余网格节点的高程会随着底面网格节点高程的变化产生相应变化,最终得到修改高程后的复杂地形CFD模型;1.4)通过转化器gambitToFoam导入OpenFOAM,将复杂地形CFD模型转换为OpenFOAM可识别的格式。3.根据权利要求1所述的一种基于OpenFOAM的模拟复杂地形地表粗糙度的方法,其特征在于,步骤2)具体包括以下子步骤:2.1)从GIS地理信息系统中提取复杂地形CFD模型的地表粗糙度长度数据...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘震卿,吴晓波,熊世树,
申请(专利权)人:华中科技大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。