簡(jiǎn)析典型山地模型流場(chǎng)特性.docx

簡(jiǎn)析典型山地模型流場(chǎng)特性 在建設(shè)山地風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，山地地形相比于平坦地區(qū)較為復(fù)雜，風(fēng)況靈活多變。面對(duì)這種情況，研究山地流場(chǎng)的一些特性是具有一定意義的。本文基于CFD技術(shù)應(yīng)用Fluent軟件對(duì)二維孤立單山、二維連續(xù)雙山進(jìn)行了數(shù)值模擬，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)山地流場(chǎng)區(qū)域的各參數(shù)分布進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。 1、二維孤立單山 山體選取80米高400米寬的單山模型，數(shù)值模型采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用Gambit軟件建模，近壁邊界層網(wǎng)格加密，為滿足精度對(duì)網(wǎng)格的要求，網(wǎng)格總數(shù)約為6 萬(wàn)。模型的邊界條件設(shè)置如下：入口為速度入口，需要寫入帶有風(fēng)廓線的udf函數(shù)；出口為壓力出口；上部為對(duì)稱邊界；底部為wall邊界。 由以上速度云圖可知，風(fēng)速在坡頂有非常明顯增大現(xiàn)象，是適合的布機(jī)位置，山后存在較大的分離區(qū)，由于流動(dòng)分離的存在（一般迎風(fēng)坡坡度達(dá)到17，背風(fēng)坡達(dá) 到22就會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)分離），導(dǎo)致山體背風(fēng)面風(fēng)速較低。坡頂與迎風(fēng)面和背風(fēng)面不同的是，風(fēng)速在坡頂?shù)淖兓^(guò)程比較短，隨著高度的增加很快就增加到最大風(fēng)速 值。 以上三幅圖分別為迎風(fēng)坡、山頂、背風(fēng)坡處速度隨高度的變化情況，由圖可知，山頂位置隨著高度增加風(fēng)速是先減小然后才恢復(fù)逐漸增大的，表明該點(diǎn)所獲得的加速 效果最好，是良好的布機(jī)區(qū)域。在迎風(fēng)面由于陡坡地形的抬升，對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生阻礙作用，導(dǎo)致山前速度減小。山后由于有流動(dòng)分離的存在，導(dǎo)致形成了分離渦，所以在 近山表面區(qū)域速度隨高度變化跨度較大（相比于迎風(fēng)面）。 由以上湍動(dòng)能圖可知，湍動(dòng)能最大值集中分布在山后的分離區(qū)域，其次在山頂附近（靠近迎風(fēng)面）。通過(guò)與速度圖比較可知，湍動(dòng)能較大值區(qū)域與分離渦的位置并不 重合，而是位于分離渦后方，即湍動(dòng)能最大值分布區(qū)與分離區(qū)相比產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象。通過(guò)查閱資料分析，產(chǎn)生滯后可能是因?yàn)檫@部分流體速度值與分離區(qū)相比較大， 又在尾渦的作用下具有較大的剪切變形速率，在剪切的作用下形成了各種尺度的脈動(dòng)，湍動(dòng)能的產(chǎn)生源于大尺度的脈動(dòng)?？紤]湍流脈動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片疲勞載荷和壽命的 影響，對(duì)于山體流場(chǎng)在后山腳之后一段距離不布置風(fēng)機(jī)。 2、二維連續(xù)雙山 山體選取80米高300米寬和100米高300米寬的雙山模型，其模型它設(shè)置同單山模型設(shè)置。 由以上速度圖能夠看出，在兩山之間有一個(gè)很大的漩渦，高山模型在組合流場(chǎng)中起到?jīng)Q定性作用，當(dāng)氣流從矮山流過(guò)之后遇到高度更高的高山，本模型中由于高山坡 度大對(duì)氣流產(chǎn)生的阻礙作用明顯，使一部分低速氣流不能順利流過(guò)高山。同時(shí)無(wú)論是矮山山頂還是高山山頂都存在明顯的加速現(xiàn)象，但是與孤立單山模型相比，由于 相鄰山體之間的影響，無(wú)論高山山頂還是矮山山頂?shù)募铀俣紱](méi)有孤立單山的加速大，當(dāng)然隨著高度的增加，這種相鄰山之間的影響作用也在弱化。風(fēng)機(jī)的最適宜布機(jī) 位置是高山和矮山的山頂，但是受到高山尾流影響的矮山山頂卻不是合適的位置。 由以上湍動(dòng)能圖可知，對(duì)于矮高組合山的湍動(dòng)能分布，湍動(dòng)能的極大值在高山的山后面取得，這種結(jié)果應(yīng)該是矮山的尾流和高山障礙物作用共同影響的結(jié)果，與單山相比湍動(dòng)能的最大值區(qū)域被提高了，并且湍動(dòng)能有所增加。 3、總結(jié) （1）對(duì)于孤立的二維山體分析，山頂處的速度最大，加速十分明顯，并且在山的背風(fēng)面產(chǎn)生了流動(dòng)分離。最大的湍流強(qiáng)度值是在后山腳取到的。湍動(dòng)能的較大值的 區(qū)域和分離渦的位置并不重復(fù)，而是在分離渦的后面。風(fēng)機(jī)的最適宜布機(jī)位置是山頂，考慮湍流脈動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片疲勞載荷和壽命的影響，對(duì)于山體流場(chǎng)在后山腳之后 一段距離不布置風(fēng)機(jī)。 （2）對(duì)于二維連續(xù)雙山流場(chǎng)的分析，與孤立的單山相比較，雙山的山頂加速效果不如單山，在連續(xù)的二維雙山中，高山受到