复杂地形风场CFD模拟方法研究

摘要

对风资源准确的评估是保证规模化风电场中安全生产和投资回报的关键。我国山区面积广大，具有丰富的风资源。对于复杂群山地形，传统的风资源评估和选址方法明显已不适用，CFD方法及其特点显示了广阔的发展前景，并在工程应用中发挥着重要的作用。然而，如何对地形连绵起伏的山区应用CFD方法，包括计算域的选择和边界处理，已成为CFD方法工程应用中亟待解决的问题。
　　 本文采用CFD软件包FINETM/TURBO，使用带有壁面函数的k-e湍流模型进行山区风场选址的数值模拟方法研究。首先以简化的二维山地为研究模型，探索计算域的高度、长度对目标山地风场的影响，给出目标山地前后外延尺度的初步建议；进而采用不同的二维模型计算域进口形式，包括不同的水平过渡高度以及连接位置，分析并给出地形边界处理的推荐方法；随后对交错排布的简化三维山地模型进行了讨论，验证二维模型部分的各结论。
　　 根据以上简化模型的研究结果，对山西平鲁山区的实际地形进行了计算域选取和CFD数值模拟研究。风场的风资源分析及选址研究结果显示：入口、出口边界采用直接过渡到其截面平均海拔高度的处理方法对目标山区的流场并未产生较大的影响。本文结论对于山区风场的CFD选址研究提供了山地模型理论依据和处理方法参考。