一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置，本发明专利技术通过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。

A method and device for simulating complex terrain wind field based on WRF and Fluent coupling

The invention discloses a method and device for wind field simulation of complex terrain based on WRF and Fluent coupling. The method simulates coarse resolution wind field data of CFD three-dimensional complex terrain model by WRF mode, establishes WRF wind field grid model, and processes wind field data calculated by WRF wind field grid model, and uses distance inversion. The numerical weighting method or three-point coplanar linear interpolation method are used to interpolate the wind field data of five boundary surfaces of CFD three-dimensional complex terrain model. Compared with the curve fitting method, the calculation method is simpler and more direct, avoiding the large deviation of curve fitting when the wind speed fluctuation is large, and solving the existing wind field simulation method of complex terrain. Technical problems of low accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置
本专利技术涉及风场模拟领域，尤其涉及一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置。
技术介绍
自20世纪80年代以来，中尺度大气数值模式已经有了很大发展。目前常用的中尺度模式有WRF模式(WeatherResearchandForecastingModel，气象预报模式)。中尺度气象预报模式的空间分辨率通常在1km量级以上，在一定程度上能满足较大区域风场的模拟研究；但其受其网格精度的限制，不能捕捉到较小尺度的气候环境变化与场地地形变化，特别是在复杂的地形区域不能精细地模拟出复杂地形、建筑等状况，因而得不到精确可靠的近地面风场特征。现有技术通过CFD模式与WRF模式结合起来，充分发挥各自优点，实现风场的降尺度模拟，从而提高WRF在复杂地形下的风场模拟效果，然而，现有的复杂地形风场模拟方法的拟合函数u(z)、v(z)、w(z)通过曲线拟合函数计算，当风速波动较大时容易出现较大偏差，导致了现有的复杂地形风场模拟方法精确度低的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置，用于解决现有的复杂地形风场模拟方法精确度低的技术问题。本专利技术提供了一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法，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对边界面的各个所述风速分布数据进行计算，得到复杂地形风场湍流模型。优选地，所述步骤S3具体包括：S31：获取CFD三维复杂地形模型的边界面中的预置坐标点的坐标值；S32：将所述坐标值与WRF风场网格模型中各个采样点的坐标进行匹配，确定包含有所述预置坐标点且由相邻的同类型采样点构成的风速计算域，其中，所述风速计算域包括：U风速计算域、V风速计算域以及W风速计算域；S33：判断所述预置坐标点是否位于所述风速计算域的边界线上，若是，则提取出所述边界线的两个采样点的数据，若否，则提取出构成所述风速计算域的四个采样点的数据；S34：根据提取出的采样点数据以及采样点类型，通过距离加权法或三点共面线性插值法分别计算出所述预置坐标点的x方向的风速U，y方向的风速V，z方向的风速W。优选地，所述步骤S34之后还包括：S35：根据所述x方向风速U，所述y方向风速V，所述z方向风速W计算出所述CFD三维复杂地形模型的风场总通量，并根据通量守恒理论，对所述风速W以及所述风场总通量与所述单元网格的顶面面积的比值进行求和运算，得到第二z方向风速W2。优选地，所述复杂地形风场湍流模型为LES湍流模型、k-ω湍流模型或k-ε湍流模型中的其中一种。本专利技术还提供了一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟装置，包括：CFD建模单元，用于根据GIS高程数据，建立CFD三维复杂地形模型；WRF网格建模单元，用于通过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；风速分布计算单元，用于根据所述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；风速计算进度判定单元，用于判断已计算的边界面数量是否为5，若是，则执行流体计算驱动单元，若否返回风速分布计算单元，得到未计算的非底面边界面的所述风速分布数据；流体计算驱动单元，用于驱动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。优选地，所述风速分布计算单元具体包括：测量点定位子单元，用于获取CFD三维复杂地形模型的边界面中的预置坐标点的坐标值；计算域确定子单元，用于将所述坐标值与WRF风场网格模型中各个采样点的坐标进行匹配，确定包含有所述预置坐标点且由相邻的同类型采样点构成的风速计算域，其中，所述风速计算域包括：U风速计算域、V风速计算域以及W风速计算域；采样点确定子单元，用于判断所述预置坐标点是否位于所述风速计算域的边界线上，若是，则提取出所述边界线的两个采样点的数据，若否，则提取出构成所述风速计算域的四个采样点的数据；风速分布计算子单元，用于根据提取出的采样点数据以及采样点类型，通过距离加权法或三点共面线性插值法分别计算出所述预置坐标点的x方向的风速U，y方向的风速V，z方向的风速W。优选地，所述风速分布计算单元还包括：通量守恒调节子单元，用于根据所述x方向风速U，所述y方向风速V，所述z方向风速W计算出所述CFD三维复杂地形模型的风场总通量，并根据通量守恒理论，对所述风速W以及所述风场总通量与所述单元网格的顶面面积的比值进行求和运算，得到第二z方向风速W2。优选地，所述复杂地形风场湍流模型为LES湍流模型、k-ω湍流模型或k-ε湍流模型中的其中一种。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术提供的一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法的一个实施例的流程示意图；图2为本专利技术提供的一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法的第二个实施例的流程示意图；图3为本专利技术提供的一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟装置的结构示意图；图4为本专利技术基于GIS数据建立的CFD三维复杂地形模型的立体结构示意图；图5为本专利技术基于GIS数据建立的CFD三维复杂地形模型的近地表附近网格结构示意图；图6为本专利技术WRF模式计算结果中单元网格的风速数据存储的示意图；图7为本专利技术CFD三维复杂地形模型的前侧面在WRF风场中的网格节点上的风场数据点分布的俯视图；图8为本专利技术CFD三维复杂地形模型的前侧面在WRF风场中的网格节点上的风场数据点分布的侧视图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法及装置，用于解决现有的复杂地形风场模拟方法精确度低的技术问题。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于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。

【技术特征摘要】
1.一种基于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。2.根据权利要求1所述的一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31：获取CFD三维复杂地形模型的边界面中的预置坐标点的坐标值；S32：将所述坐标值与WRF风场网格模型中各个采样点的坐标进行匹配，确定包含有所述预置坐标点且由相邻的同类型采样点构成的风速计算域，其中，所述风速计算域包括：U风速计算域、V风速计算域以及W风速计算域；S33：判断所述预置坐标点是否位于所述风速计算域的边界线上，若是，则提取出所述边界线的两个采样点的数据，若否，则提取出构成所述风速计算域的四个采样点的数据；S34：根据提取出的采样点数据以及采样点类型，通过距离加权法或三点共面线性插值法分别计算出所述预置坐标点的x方向的风速U，y方向的风速V，z方向的风速W。3.根据权利要求2所述的一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法，其特征在于，所述步骤S34之后还包括：S35：根据所述x方向风速U，所述y方向风速V，所述z方向风速W计算出所述CFD三维复杂地形模型的风场总通量，并根据通量守恒理论，对所述风速W以及所述风场总通量与所述单元网格的顶面面积的比值进行求和运算，得到第二z方向风速W2。4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟方法，其特征在于，所述复杂地形风场湍流模型为LES湍流模型、k-ω湍流模型或k-ε湍流模型中的其中一种。5.一种基于WRF和Fluent耦合的复杂地形风场模拟装置，其特征在于，包括：CFD建模单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗啸宇，谢文平，肖凯，聂铭，雷旭，姚博，刘震卿，吴晓波，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44