一种基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及复杂地形风场仿真
，特别涉及一种基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]在我国由于地域环境多样化的原因，大量的工业设施都会建设在复杂地形中，例如：桥梁
、
风力机
、
高压线
、
建筑等等
。
复杂地形中的风环境会影响这些设施的选址
、
布局和运行安全
。
[0003]目前，在复杂地形中的风场仿真中，大多采用
CFD
（计算流体力学）方法来完成，
CFD
是伴随着计算机技术
、
数值计算技术的发展而发展的
。
简单地说，其相当于
"
虚拟
"
地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况
。
基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况
。
由于复杂地形风场的复杂性，特别是截取一块地形建模形成
CFD
计算域时，会人为的导致地形边缘形成断崖，使得气流的运动与真实的运动有很大区别
。
[0004]现有的计算方法多是采用经验函数将复杂地形断崖过渡到平坦区，从仿真效果看过渡区会形成较为明显的高压区，甚至由于过渡区过于陡峭，在尾流区会出现流动分离的现象
。
另一方面，平坦区
、
过渡区
、
核心区的大小会影响所关注区域的流场分布
。
还有的方法通过延拓构成平坦区
、
过渡区和核心区的地形架构，但平坦区
、
过渡区
、
核心区的比例分配原则没有定量依据；并且，由于风是复杂的大气运动，具有高雷诺数和高湍流脉动的特性，现有平衡大气研究多采用缩比地形的形式来开展仿真，但都没给出合理的缩比范围，也没给出复杂地形风场对雷诺数的敏感性
。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法，具体技术方案如下：
S1
：基于地理信息系统获取目标复杂地形数据，并进行建模；
S2
：根据模型的地形特征，构建与地形特征相应的过渡区和平坦区，形成
CFD
计算域；
S3
：通过网格生成，对计算域进行离散；
S4
：构建湍流模型，利用平衡大气
CFD
仿真方法对网格划分的计算域进行求解，获得全场的风速分布情况；
S5
：提取该复杂地形区域中若干设定点的风速垂直分布，并进行对比，获取不同延拓方式对风廓线的影响关系；
S6
：根据不同延拓方式对风廓线的影响关系，确定过渡区和平坦区的占比关系以及延拓范围，构建仿真地形；
S7
：基于确定的延拓范围，根据雷诺相似准则，对风速
、
缩比范围进行转化，得到统
一的雷诺数，获得雷诺数与风场的关系；
S8
：根据雷诺数与风场的关系，确定缩比参数，对仿真地形进行风场模拟
。
[0006]进一步的，步骤
S1
中，所述建模，具体过程如下：对获取的目标复杂地形的原始地理信息数据，进行清洗，去除噪点；基于去噪清洗后的数据，通过投影进行坐标变换，获得直角坐标系下的模型
。
[0007]进一步的，步骤
S2
中，所述过渡区和所述平坦区的构建，具体如下：确定参考高度，根据地形尺寸获取地形的特征长度；对地形的边缘进行平滑处理，基于设定长度构建过渡区，使得四个边线由不同海拔高度逐渐过渡到同一海拔高度；在所述过渡区后进行延伸设定长度，构建所述平坦区
。
[0008]进一步的，所述参考高度为地形的最高点和最低点之间的垂向距离
。
[0009]进一步的，所述地形的特征长度为地形的长或宽的大小；所述过渡区与所述平坦区的占比为1：1或1：2；所述过渡区与所述平坦区的总长为地形的特征长度的
0.25n
倍
。
[0010]复杂地形
CFD
计算域总体被分为核心区
、
过渡区和平坦区，这种拓扑分布有利于来流平稳的流向核心复杂地形区域
。
[0011]进一步的，所述网格生成，网格类型为通用的结构网格或非结构网格
。
[0012]进一步的，步骤
S4
中，所述湍流模型的入口湍流边界条件，表示如下：湍流模型的入口湍流边界条件，表示如下：其中，为湍动能，为耗散率，为摩擦速度，为冯卡门常数，为大气粗糙度长度，
z
为距离地面的高度，为模型常数
。
[0013]进一步的，步骤
S4
中，风速分布计算公式如下：其中，为风速
。
[0014]本专利技术还提供了一种基于复杂地形特征尺寸的地形延拓设备，所述地形延拓设备包括：存储器
、
处理器及存储在所述存储器上，并可在所述处理器上运行的基于复杂地形特征尺寸的地形延拓程序，所述基于复杂地形特征尺寸的地形延拓程序被所述处理器执行时实现上述所述的基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法的步骤
。
[0015]本专利技术还提供了一种计算机存储介质，所述存储介质上存储有基于复杂地形特征尺寸的地形延拓程序，所述基于复杂地形特征尺寸的地形延拓程序被处理器执行时实现上述所述的基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法的步骤
。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
1、
本专利技术针对复杂地形进行
CFD
建模问题，建立了目标区域特征长度与延拓区（过
渡区
、
平坦区）的尺寸比例分配关系，给出了复杂地形核心区
、
过渡区和平坦区的定量建模关系，提高了复杂地形建模效率，避免了建模时对经验的依赖
。
[0017]2、
本专利技术考虑了雷诺相似效应，对模型进行缩比
、
或减小入口风速后再进行
CFD
仿真，在降低雷诺数后，使复杂地形风场仍保持相似的流动状态，同时配合复杂地形边缘的平滑过渡，使得来流可以均匀的流入复杂地形中，实现复杂地形风场的有效模拟
。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的方法整体流程示意图
。
[0019]图2为一区域特定点位处不同延拓方式对风速垂直分布的影响示意图
。
[0020]图3为另一区域特定点位处不同延拓方式对风速垂直分布的影响示意图
。
[0021]图4为一个区域特定点位处不同雷诺数对风速垂直分布的影响示意图
。
[0022]图5为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法，其特征在于，包括：
S1
：基于地理信息系统获取目标复杂地形数据，并进行建模；
S2
：根据模型的地形特征，构建与地形特征相应的过渡区和平坦区，形成
CFD
计算域；
S3
：通过网格生成，对计算域进行离散；
S4
：构建湍流模型，利用平衡大气
CFD
仿真方法对网格划分的计算域进行求解，获得风速分布情况；
S5
：提取该复杂地形区域中若干设定点的风速垂直分布，并进行对比，获取不同延拓方式对风廓线的影响关系；
S6
：根据不同延拓方式对风廓线的影响关系，确定过渡区和平坦区的占比关系以及延拓范围，构建仿真地形；
S7
：基于确定的延拓范围，根据雷诺相似准则，对风速
、
缩比范围进行转化，得到统一的雷诺数，获得雷诺数与风场的关系；
S8
：根据雷诺数与风场的关系，确定缩比参数，对仿真地形进行风场模拟
。2.
根据权利要求1所述的基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述建模，具体过程如下：对获取的目标复杂地形的原始地理信息数据，进行清洗，去除噪点；基于去噪清洗后的数据，通过投影进行坐标变换，获得直角坐标系下的模型
。3.
根据权利要求1所述的基于复杂地形特征尺寸的地形延拓方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述过渡区和所述平坦区的构建，具体如下：确定参考高度，根据地形尺寸获取地形的特征长度；对地形的边缘进行平滑处理，基于设定长度构建过渡区，使得四个边线由不同海拔高度逐渐过渡到同一海拔高度；在所述过渡区后进行延伸设定长度，构建所述平坦区
。4.

【专利技术属性】
技术研发人员：孙壮，罗朝匀，刘伟毅，王永伟，
申请(专利权)人：成都流体动力创新中心，
类型：发明
国别省市：