針對(duì)現(xiàn)有土木工程領(lǐng)域臺(tái)風(fēng)理論模型過度簡化的問題,首先引入基于非靜力平衡歐拉方程模型的天氣預(yù)報(bào)模式（WRF）對(duì)臺(tái)風(fēng)"鸚鵡"進(jìn)行高時(shí)空分辨率模擬,然后采用多重網(wǎng)格嵌套技術(shù)分析臺(tái)風(fēng)模擬路徑、氣壓分布、風(fēng)速模式和溫度范圍等風(fēng)場(chǎng)特性,并基于非線性最小二乘法擬合得到邊界層風(fēng)速剖面。在此基礎(chǔ)上為系統(tǒng)對(duì)比臺(tái)風(fēng)與良態(tài)風(fēng)場(chǎng)的差異性,設(shè)置與該臺(tái)風(fēng)風(fēng)速剖面在B類地貌梯度高度處風(fēng)速相同的良態(tài)風(fēng)風(fēng)速剖面,然后分別通過用戶自定義函數(shù)（UDF程序）將2種風(fēng)速剖面集成并作為后續(xù)小尺度CFD數(shù)值模擬的入流風(fēng)場(chǎng)。最后,以中國東南沿海地區(qū)深圳某風(fēng)電場(chǎng)的5 MW水平軸風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象,揭示風(fēng)力機(jī)周圍速度流線和湍動(dòng)能分布的作用機(jī)理,對(duì)比研究臺(tái)風(fēng)和良態(tài)風(fēng)作用對(duì)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布模式和升阻力系數(shù)特性等的影響規(guī)律。結(jié)果表明:采用WRF模式可有效模擬近地面臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng),擬合的臺(tái)風(fēng)剖面指數(shù)為0.118;考慮中尺度臺(tái)風(fēng)影響會(huì)增大葉片表面壓力系數(shù)和塔筒阻力系數(shù),其中迎風(fēng)面最大增幅可達(dá)61.1%。主要結(jié)論可為此類風(fēng)力機(jī)在臺(tái)風(fēng)環(huán)境下的荷載預(yù)測(cè)提供參考,同時(shí)加深對(duì)中/小尺度風(fēng)場(chǎng)嵌套作用的理解。 

【文章來源】：太陽能學(xué)報(bào). 2020,41(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

模擬全過程臺(tái)風(fēng)路徑和最小海平面氣壓圖

圖3a給出了不同時(shí)刻臺(tái)風(fēng)中心附近風(fēng)速剖面，分析發(fā)現(xiàn)不同時(shí)刻近地面臺(tái)風(fēng)風(fēng)速分布較好而海拔較高時(shí)風(fēng)速分布較為紊亂，且8月22日20:00時(shí)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速顯著小于其他時(shí)刻，分析原因是該時(shí)刻臺(tái)風(fēng)已登陸深圳，而其他時(shí)刻臺(tái)風(fēng)均在海上。圖3b給出了模擬中心區(qū)域近地面風(fēng)速以及根據(jù)非線性最小二乘法原理擬合得到的臺(tái)風(fēng)近地面風(fēng)速擬合曲線（圖中Vh為h高度處的風(fēng)速，h為高度，R2為擬合曲線的相關(guān)系數(shù)），經(jīng)分析可知臺(tái)風(fēng)風(fēng)速剖面指數(shù)擬合值為0.118，小于良態(tài)風(fēng)氣候環(huán)境下B類地貌地面粗糙度指數(shù)0.15，近地面臺(tái)風(fēng)場(chǎng)擬合效果較好（模擬精度為95.97%),10 m高度處臺(tái)風(fēng)風(fēng)速較大且沿高度風(fēng)速增長緩慢。同時(shí)為了定性及定量地比較臺(tái)風(fēng)與良態(tài)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的差異性，定義規(guī)范[20]中B類地貌梯度高度350 m處臺(tái)風(fēng)場(chǎng)與良態(tài)風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速相等，且分別將近地面臺(tái)風(fēng)剖面與良態(tài)風(fēng)剖面集成至用戶自定義函數(shù)中，并作為后續(xù)小尺度風(fēng)場(chǎng)CFD模擬中的初始邊界條件。2 小尺度CFD數(shù)值模擬

為保證風(fēng)力機(jī)尾流充分發(fā)展，計(jì)算域尺寸取流向12D×展向5D×豎向5D(D為風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑），風(fēng)力機(jī)置于距離計(jì)算域入口3D處。為兼顧計(jì)算效率和精度[21]，同時(shí)考慮到葉片外形復(fù)雜，網(wǎng)格劃分時(shí)將計(jì)算域劃分為局部加密區(qū)和外圍區(qū)域，局部加密區(qū)采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，外圍區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。表3給出了不同方案下網(wǎng)格質(zhì)量相關(guān)參數(shù)，由表3可知隨著網(wǎng)格總數(shù)的增加，網(wǎng)格質(zhì)量和網(wǎng)格歪斜度逐漸收斂，930萬網(wǎng)格數(shù)和2840萬網(wǎng)格數(shù)的網(wǎng)格質(zhì)量無明顯差異，綜合計(jì)算精度和效率，本文選取930萬網(wǎng)格總數(shù)作為網(wǎng)格劃分方案。整體計(jì)算域和模型網(wǎng)格劃分如圖4所示。2.3 湍流模型選取與邊界條件設(shè)置

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]考慮到臺(tái)風(fēng)海況浮式風(fēng)力機(jī)半潛式平臺(tái)風(fēng)浪流載荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)及系泊性能分析[J]. 黃致謙,李春,丁勤衛(wèi),周紅杰,陳福東.  動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2017(12)
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碩士論文
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本文編號(hào)：3614392