大气风特性与环境

（A）（CFD技术进行微尺度大气边界层流动的研究逐渐增多123[45）WRF有广泛的应用，但这些模式的空间分辨率通常是公里级的，无法给出风工程应用中所需的流场细节，如建筑的风压分布或风电机组的发电量等。CFD方法在要影响因素进行简化。采用定常雷诺时均方程（RANS、涡粘系数湍流模型和不可压缩流CFD计算模型。根据流体静力学理论，假Monin-Obukhov相似理论给出的风速廓线。特别是在风力发电领微尺度大气边界层流动N-S方程，这里我们采用定常流的雷诺时均N-S方程（RANS）0.3的环境空直方向为z坐标，用指标表示法写出连续方程和运动方程分别为：uj

uu1 1uuugefe

i ij

b x xj xj

uiuuui x i tx j jt为湍流粘度，由湍流模型计算。在北半球的当地坐标系，地球自转角速度矢量引起的，这种压力变化也决定了大气温度沿着高度方向递减。为此气压p分解为与重力加速度和高度有关的部分pr和与之无关的部分pa，并且采用流体静力学近似，即zpr0gdzz

1prge0 z fe fe jx x x bz 忽略重力引起的压力沿高度的变化，即可采用位温来代替温度Tpp

ppp0pa，T。运动方程中的浮力采用布辛尼斯fTTgTT0gT T0c

cu

uiSjj

pj x p ij j 为导热热通量，cu为湍流热通量，pp

ijqcucpt p

tx 不变。对于大气边界层的表面层，通常假定垂直方向的动量输运qduuumz/L1

H / /w/气边界层厚度，z、LM和H-z分别表示大气边界层表面层、中间层和顶层的混合长度。递减，w/z1bz m 其中bm5为常数，L为莫宁长度（Monin-Obukhov c L p 0gw0

T cpuu*lnzzbm11 z z L L 2H M qctq1z p w H

ww

z Tc Hpt u1z * Htdu

mz/L1 Hz wTTlnzb1zlnHz0 LM Hz忽略重力和压差梯度力，修正浮力，增加科氏力，建立新的求解器windSimpleFaom；编写k-双方程湍流模型，即一致的壁面函数[9]。采用平坦地形流场计算进行模型验证。CFD计算流程在风资源分析软件WeFarm中实现。30m30m，周边网格尺度递增。地表第一层网格最大约 图1计算域与网格划分表温度Tw=300℃，地表热通量qw=-2.35W/m2，特征温度T*=0.0062℃。23流有一定抑制作用。在该风向条件下，在山谷中和孤立山丘后面形成了明显的漩涡，图5[1],“风电场风资源计算的CFD模型研究”现代电力,vol.30,no.4,pp.39–43,Y.Toparlar,B.Blocken,B.Maiheu,andG.J.F.vanHeijst,“AreviewontheCFD ysisofurbanmicroclimate,”Renew.Sustain.EnergyRev.,vol.80,no.September2016,pp.1613–1640,2017.M.Shirzadi,P.A.Mirzaei,andM.Naghashzadegan,“Improvementofk-epsilonturbulencemodelforCFDsimulationofatmosphericboundarylayeraroundahigh-risebuildingusingstochasticoptimizationandMonteCarloSamplingtechnique,”J.WindEng.Ind.Aerodyn.,vol.171,no.October,pp.366–379,V.Michalcová,L.Lausová,I.Skotnicová,andS.Pospíšil,“ComputationalSimulationsoftheThermallyStratifiedAtmosphericBoundaryLayeraboveHills,”ProcediaEng.,vol.190,pp.134–139,J.E.PieterseandT.M.Harms,“CFDinvestigationoftheatmosphericboundarylayerunderdifferentthermalstabilityconditions,”J.WindEng.Ind.Aerodyn.,vol.121,pp.82–97,2013.S.E.Gryning,E.Batchvarova,B.Brümmer,H.Jørgensen,andS.Larsen,“Ontheextensionofthewindprofileoverhomogeneousterrainbeyondthesurfaceboundarylayer,”Boundary-LayerMeteorol.,vol.124,no.2,pp.251–268,2007.W.ZDUNKOWSKI,And,andA.BOTT,DYNAMICSOFTHEATMOSPHERE:ACOURSEM.Pahlow,M.B.Parlange,andF.Portè-Agel,“OnMonin-Obukhovsimilarityinthestable