本申請屬于風力發(fā)電領域，具體涉及了一種基于浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法。

背景技術：

1、風能作為一種重要的可再生能源，其具有清潔、無污染、安全、儲量豐富的特點，受到世界各國的普遍重視。然而，一些地區(qū)的風力機在運行過程中受到氣象條件的影響，特別是沙塵天氣懸浮在空氣中的粉塵顆粒會顯著改變風力機周圍的氣流密度和湍流結構，對風力機氣動性能和尾流演化造成一定的影響，進而由于風電場中機組間尾流的相互干擾影響整個風電場的功率輸出。

2、現(xiàn)有研究主要聚焦于沙塵顆粒對風力機葉片表面磨損的影響以及沙塵環(huán)境對翼型升阻力系數(shù)的影響，對于沙塵環(huán)境對風力機氣動性能的影響也多在fluent中對流場平均特性進行數(shù)值模擬，但這種模擬方法精度不高，缺乏對浮塵天氣下風力機流場的高精度研究。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請的技術目的在于針對目前缺乏高精度的浮塵天氣下風力機氣動性能模擬方法，提供給一種浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法。

2、為實現(xiàn)上述技術目的，本申請采用以下技術方案。

3、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，包括：

4、在大渦模擬代碼的參數(shù)程序中設置粉塵輸運相關的第一變量集；

5、在大渦模擬代碼的標量程序中設置粉塵輸運的邊界條件和粉塵濃度的對流擴散方程；

6、在大渦模擬代碼的輸入程序中設置粉塵輸運相關的第二變量集；

7、在大渦模擬代碼的配置文件中設置粉塵輸運相關的第三變量集；

8、調用修改后的所述大渦模擬代碼，生成可執(zhí)行程序；

9、調用修改后的所述配置文件和所述可執(zhí)行程序，模擬浮塵天氣下包含粉塵輸運的湍流場，獲得湍流結果。

10、進一步地，所述第一變量集包括粉塵顆粒密度、流體密度、粉塵粒徑、kolmogorov時間尺度，以及起源土壤中粘土的質量分數(shù)。

11、進一步地，在大渦模擬代碼中的標量程序中設置粉塵輸運的邊界條件和粉塵濃度的對流擴散方程，包括：

12、設置粉塵輸運數(shù)組并為所述粉塵輸運數(shù)組分配內存，所述粉塵輸運數(shù)組包括粉塵輸運的表面通量f、粉塵重力沉降通量fdep、粉塵釋放通量fsrc、指定高度上的平均粉塵濃度以及粉塵沉降速度；

13、根據(jù)所述粉塵輸運數(shù)組分配和穩(wěn)態(tài)雷諾平均輸運方程確定粉塵濃度根據(jù)粉塵濃度確定粉塵濃度梯度dc/dz；

14、設置粉塵濃度輸運的上邊界條件，上邊界條件為粉塵濃度梯度dc/dz為零。

15、設置粉塵濃度輸運的下邊界條件，所述下邊界條件為在下邊界施加粉塵輸運的表面通量，所述粉塵輸運的表面通量為粉塵釋放通量和粉塵重力沉降通量的和；

16、在標量輸運方程中加入粉塵沉降速度，獲得粉塵濃度的對流擴散方程。

17、進一步地，在大渦模擬代碼的輸入程序中設置粉塵輸運相關的第二變量集，包括：粉塵顆粒的斯托克斯數(shù)，粉塵顆粒密度和粉塵沉降速度。

18、再進一步地，所述方法還包括：

19、在標量程序中創(chuàng)建自定義子例程，所述自定義子例程用于計算在風沙運動模擬中所涉及的物理參數(shù)以及顆粒物質濃度梯度和粉塵輸運的表面通量，以便在大渦模擬邊界條件的調用過程中調用所述自定義子例程。

20、進一步地，所述第三變量集包括粉塵顆粒的斯托克斯數(shù)、粉塵顆粒密度和流體密度。

21、再進一步地，在大渦模擬代碼的配置文件中設置粉塵輸運相關的第三變量集，包括：在所述配置文件中模型參數(shù)model模塊設置粉塵顆粒的斯托克斯數(shù)st＝1.648×10-4，粉塵顆粒密度ρp＝1500kg/m3，流體密度ρa＝1.26kg/m3；在所述配置文件中標量參數(shù)scalars模塊中將下邊界條件設置參數(shù)設置為1。

22、進一步地，所述方法還包括：當凈風湍流場平均湍動能達到穩(wěn)定后，再進行粉塵輸運的模擬。

23、第二方面，本申請實施例提供一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如第一方面任意可能得實施方式所提供的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法的步驟。

24、第三方面，本申請實施例提供一種計算機可讀存儲介質，其存儲有計算機程序，所述計算機程序被執(zhí)行時，可實現(xiàn)如第一方面任意可能得實施方式所提供的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法。

25、與現(xiàn)有技術相比，本申請實施例提供的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法、電子設備和計算機可讀存儲介質具有以下有益技術效果：本申請設置于粉塵輸運相關的參數(shù)集，以及粉塵輸運邊界條件和對流擴散方程，有助于更精確地模擬粉塵在風力機流場中的輸運和擴散過程，可以確保模擬結果與實際物理環(huán)境更加吻合，通過該方法模擬浮塵天氣下包含粉塵輸運的湍流場，可以獲得詳細的湍流結果。

技術特征：

1.一種浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，所述第一變量集包括粉塵顆粒密度、流體密度、粉塵粒徑、kolmogorov時間尺度，以及起源土壤中粘土的質量分數(shù)。

3.根據(jù)權利要求1所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，在大渦模擬代碼中的標量程序中設置粉塵輸運的邊界條件和粉塵濃度的對流擴散方程，包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，所述第二變量集包括：粉塵顆粒的斯托克斯數(shù)，粉塵顆粒密度和粉塵沉降速度。

5.根據(jù)權利要求3所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，所述方法還包括：

6.根據(jù)權利要求1所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，所述第三變量集包括粉塵顆粒的斯托克斯數(shù)、粉塵顆粒密度和流體密度。

7.根據(jù)權利要求6所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，在大渦模擬代碼的配置文件中設置粉塵輸運相關的第三變量集，包括：

8.根據(jù)權利要求1所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法，其特征在于，所述方法還包括：當凈風湍流場平均湍動能達到穩(wěn)定后，再進行粉塵輸出的模擬。

9.一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權利要求1至8中任一項所述浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質，其存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被執(zhí)行時，可實現(xiàn)如權利要求1-8中任一項所述的浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法。

技術總結
本申請公開了浮塵天氣下風力機流場的大渦模擬方法、電子設備和存儲介質，大渦模擬代碼的參數(shù)程序中設置粉塵輸運相關的第一變量集；在大渦模擬代碼的標量程序中設置粉塵輸運的邊界條件和粉塵濃度的對流擴散方程；在大渦模擬代碼的輸入程序中設置粉塵輸運相關的第二變量集；在大渦模擬代碼的配置文件中設置粉塵輸運相關的第三變量集；調用修改后的大渦模擬代碼，生成可執(zhí)行程序；調用修改后的配置文件和可執(zhí)行程序，模擬浮塵天氣下包含粉塵輸運的湍流場，獲得湍流結果。本申請將粉塵顆粒耦合到風力機流場，能夠有效解決上述目前研究存在的問題，為沙塵頻發(fā)區(qū)風電場建設提供基礎。

技術研發(fā)人員：王燕,關榮湖,路攀,張福強,趙桂花,鄭健,王亞
受保護的技術使用者：蘭州理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21