定日镜风压、风环境CFD数值模拟研究
CFD数值模拟在风电气动预警系统中应用
CFD数值模拟在风电气动预警系统中应用风电气动预警系统作为当前风电发展中一项重要技术，旨在通过实时监测风机的气动性能，及时发现问题并采取相应措施，从而保障风机的安全运行。
而CFD （Computational Fluid Dynamics）数值模拟技术作为计算流体力学领域中的一种计算方法，可以提供关键的风机气动性能数据，为风电气动预警系统的设计和优化提供支持。
CFD数值模拟技术主要基于流体力学方程和相关模型，通过离散化计算区域和数值求解算法来模拟和预测流体的运动和相应的物理现象。
在风电气动预警系统中应用CFD数值模拟技术可以分为两个主要方面：风场模拟与风机叶片气动性能预测。
首先，风场模拟是风电气动预警系统中非常重要的一项任务。
借助CFD数值模拟技术，可以对风电场中的风速、风向等气象要素进行准确模拟和预测。
通过对风场的模拟，可以提供实时的风况数据，帮助系统运营人员预警风电场的大风、雷电等不利气象条件，以保证风机的正常运行并避免风场内发生事故。
其次，CFD数值模拟技术在风机叶片气动性能预测中也发挥着重要作用。
风机的叶片是最核心的组成部分，其气动性能直接影响风机的输出功率和运行稳定性。
采用CFD数值模拟技术可以对风机叶片的气动性能进行精确预测，如风机叶片的扭矩特性、叶片表面附着物的影响、叶片的损伤等。
通过对叶片气动性能的模拟和分析，可以帮助预警系统及时发现潜在的问题，并提前采取维护和修复措施，避免严重的故障和损失。
此外，CFD数值模拟技术还可以用于风电场的布局和设计优化。
在风电场的规划中，合理的布局和优化设计对于提高风机发电效率、降低系统成本至关重要。
利用CFD数值模拟技术，可以对不同布局方案进行模拟和评估，预测各个风机之间的相互影响和空气流动情况，从而选择最优的风机布局方案。
此外，CFD数值模拟还可以模拟不同的工作状态，如变化风速、变桨距角等，帮助优化风机的控制策略，提高发电效率。
虽然CFD数值模拟技术在风电气动预警系统中应用带来了诸多好处，但也存在一些挑战和不足之处。
《2024年基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》范文
《基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的不断发展，其在风机设计、优化及性能预测等方面得到了广泛应用。
对旋轴流风机作为一种重要的通风和排烟设备，其性能的准确预测和优化对于提高设备效率和节能减排具有重要意义。
本文采用正交试验法结合CFD数值模拟技术，对某型号对旋轴流风机进行性能分析和优化研究。
二、正交试验法原理正交试验法是一种多因素优化的试验设计方法，通过合理安排试验因素和水平，利用正交表进行试验设计，可以在较少试验次数下获取全面的试验结果。
该方法在风机性能研究方面具有广泛应用，可以有效地降低试验成本，提高研究效率。
三、CFD数值模拟CFD数值模拟是对流体运动进行数值计算和模拟的一种方法。
通过对流场进行网格划分、建立数学模型、设定边界条件和初始条件等步骤，可以获得流场的详细信息，包括速度分布、压力分布、湍流特性等。
这些信息对于风机性能的分析和优化具有重要意义。
四、正交试验设计与CFD数值模拟结合1. 试验因素与水平设计：根据对旋轴流风机的设计参数和性能指标，选取关键因素（如叶片角度、叶片数量、转速等）并设定水平。
2. 正交表生成：利用正交表生成工具，根据试验因素和水平生成正交试验方案。
3. CFD模型建立：根据正交试验方案，建立对旋轴流风机的CFD模型，包括网格划分、数学模型选择等。
4. 边界条件和初始条件设定：根据实际工况，设定边界条件和初始条件。
5. CFD数值模拟：进行CFD数值模拟，获取流场信息。
6. 结果分析：对CFD模拟结果进行分析，得出各因素对风机性能的影响趋势和规律。
五、结果与讨论1. 性能分析：通过对CFD模拟结果的分析，得出各因素对风机性能的影响程度和趋势。
同时，将模拟结果与实际测试结果进行对比，验证模拟的准确性。
2. 优化建议：根据分析结果，提出对旋轴流风机的优化建议，如调整叶片角度、改变叶片数量、优化转速等。
3. 影响因素探讨：进一步探讨影响对旋轴流风机性能的其他因素，如进口气流分布、出口压力等。
《2024年基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》范文
《基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，其在风力机械、航空、汽车等领域的应用越来越广泛。
对旋轴流风机作为一种高效、低噪声的通风设备，其性能的优化和模拟分析对于提升其应用效果具有重要意义。
本文基于正交试验法，利用CFD技术对旋轴流风机进行数值模拟分析，以期为风机的优化设计提供理论依据。
二、正交试验法简介正交试验法是一种常用的试验设计方法，通过合理的试验点选择和试验组合，可以有效地利用资源并获取试验信息。
该方法可以全面地分析各个因素对试验结果的影响，并且可以分析各因素之间的交互作用。
在对旋轴流风机的数值模拟分析中，我们通过正交试验法来选取合适的模拟参数，以便更准确地反映风机的性能。
三、CFD数值模拟方法CFD数值模拟是通过对流体流动进行数学建模和计算，以模拟流体的运动过程。
对于对旋轴流风机，我们采用CFD技术来模拟其内部流场，分析风机的性能。
在模拟过程中，我们选取合适的湍流模型、边界条件等参数，以获得更准确的模拟结果。
四、正交试验设计与结果分析（一）试验设计在正交试验中，我们选取了叶片角度、转速、进出口尺寸等关键因素作为试验变量。
通过设计合理的试验组合，我们可以全面地分析这些因素对风机性能的影响。
（二）结果分析通过CFD数值模拟，我们得到了各组试验的风机性能数据。
通过对数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 叶片角度对风机性能的影响显著。
在一定的转速和进出口尺寸下，适当调整叶片角度可以显著提高风机的性能。
2. 转速对风机性能的影响也很大。
随着转速的提高，风机的风量和压力均有所增加，但过高的转速会导致能耗增加，降低风机的效率。
3. 进出口尺寸对风机性能也有一定影响。
适当的进出口尺寸可以保证风机的顺畅运行，减小阻力损失。
五、结论与展望通过基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析，我们得出了一些有价值的结论。
首先，通过调整叶片角度、转速和进出口尺寸等参数，可以有效地优化风机的性能。
三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究（可编辑）
三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究西安建筑科技大学硕士学位论文三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风与空调工程指导教师：***20060301嚣安建筑科技大学硕士论文三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究’专业：供热、供燃气、通风与空调工程硕士生：李忠强指导教鄹：张鸿雁教授摘要建筑风环境日益成为人们关注的焦点，对整个城市或小区内建筑风环境的研究势在必行，然而建筑风环境研究主要依靠风洞实验，周期长、成本高且成果有限，健藏本文对建筑燕环境数值鬟羧方法静研究。
予垂之行，始于是下，本文麸菜三维复杂外形结构建筑物出发，剥用数馕模拟方法势结合贼漏实验，砖其鼹强境进行涤入分析。
同时，对非定常的来流条件下建筑风环境及建筑表面风联分布进行了分析研究建筑甥袭嚣鼹压分枣与髑藿最繇凌密甥稳荚，本文考虑了薅个主要因素豹影响：来流平均风速的变化和来流风向角度的变化。
来流风速采用寇常型来流和正弦型波动来流两种形式，分别改变定常来流的平均风速、正弦裂来流的周期及振幅以形残不同戆来流条传：擞舞建筑耪瀚蹲称往，取0。
、30。
、45。
、60。
和90。
考虑来流风向角度的影响。
本文以腿力系数 1p的形式给出蹩个建筑物表面的风压分布，同时给出整个计算区域的流场数舔以及难力场数据。
在风洞中复现建筑物所处自然环境的风场，为数僮模拟挺供基本的迭赛条l孛，著霹建筑貔表瑟奔疆数量戆测压熹菇压餐进亍实验测量。
结果龆示，定常来流，建筑物表面压力系数不随来流平均风速改变；正弦型来流便压力系数产生波动，程度受藏弦周期、振幅影响；数值模拟结果与风洞实验结果掰预溪瓣建筑裙表瓣压力系数分布窃含；数值模藏能够复现建筑物蠲围复杂的风环壤弗作为其流场和滕力场分板的有力手段。
关键词：数值模拟；风环境：压力系数；风涧实验论文类型：疲鼹鍪鼹$国家“十玉科技攻关”重大项嚣 2004BA901A21I秀安建筑琴萼按大学硪±论文NumericalSimulationandf争铴dTunnel?鼢tResearchonWiIldEnvironmentandPressureDistributionoftheThree-dimensionalBuildingandSpecialty：Heating,VentilationAir-conditioningEngineeringGraduate：LiZhi―qiangInstructor：．Prof．ZhangHong-yanAbstractWind becomes onenvironmentthefocusofwindpeople’attention．Studyenvironmentofthe orresidentialareamustbedonecityimmediately．Incontras'％thein iswindtunneltestthatcost andbutwithmethod muchoftimefewofonly past moneythereisthisthesis toresearchwindenvironmentwithaccomplishment．So attemptbe fromthemustdone thesisnumeri搓simulation，However,everythingbeginning。
建筑风环境CFD模拟案例
某小区区建筑风环境模拟报告目录1. 模拟过程及使用软件介绍 (2)1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 (2)1.2 建筑风环境模拟过程 (2)1.2.1 几何模型的建立 (3)1.2.2 网格的划分 (5)1.2.3 求解参数设置 (6)2. 模拟结果 (12)3. 建筑风环境模拟研究思路及问题 (16)附录I 从百度地图获取三维几何模型的尝试 (17)附录2 Fluent入口边界速度UDF命令 (19)REFERENCE (19)建筑风环境的研究主要有三种方式：现场实测、数值模拟和风洞试验。
随着计算机软硬件技术水平的发展，计算能力及计算精度不断提高，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics：CFD）的理论和方法得到了不断改进。
基于CFD 技术对流场进行模拟具有操作周期短，操作成本低，可反复修改的特性，相比较于现场实测和风洞试验具有更广阔的应用前景。
但是由于数值模拟技术对输入的参数十分敏感，必须辅以现场实测或风洞试验的验证。
本次模拟区域直径500m，模拟的工况为10m高度处风速为10m/s，风向为225°，输出结果查看高度10m,20m,40m,78m,100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。
1. 模拟过程及使用软件介绍1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍（1）前处理软件ANSYS ICEM CFD 15.0ICEM是ANSYS CFD软件族中前处理软件之一。
具有强大的网格划分功能，接口丰富，可接受绝大多数几何模型格式导入，例如AUTO CAD、SolidWorks、PRO/E等。
（2）求解软件ANSYS Fluent 15.0占据CFD领域绝对领先地位的流体仿真软件。
具有多种物理算法、物理模型。
在医学、航天、机械工程等领域均应用广泛。
（3）后处理软件Tecplot 360提供丰富的绘图格式，具备强大的CFD结果可视化功能，图形美观。
1.2 建筑风环境模拟过程使用计算流体力学对建筑室外风场进行数值模拟一般包括以下四个步骤：（1）几何模型的建立（2）对几何模型进行合适的网格划分（3）将划分网格后的模型导入Fluent，设置求解参数并求解（4）结果的后处理（速度云图、速度矢量图、压力云图等）1.2.1 几何模型的建立在几何模型的建立部分，现阶段采用的是陈宸的模型，他是根据彰武校区附近区域的城规图建立CAD 三维模型（据陈宸描述来自他建筑学院的朋友提供）。
空气动力学的数值模拟研究
空气动力学的数值模拟研究一、概述空气动力学（aerodynamics）是研究流体（包括空气、水和其他流体）在物体周围流动的力学学科。
在空气动力学中，数值模拟是一种重要的技术方法，它可以通过数学模型和数值计算方法模拟空气动力学中涉及的各种物理现象。
本文将介绍空气动力学中数值模拟的研究现状，并对其应用进行探讨。
二、空气动力学中的数值模拟方法目前，空气动力学中常用的数值模拟方法有：欧拉方法、拉格朗日方法、欧拉－拉格朗日方法、Navier-Stokes方程组数值解求法等。
这些方法都具有其各自的优缺点，需要根据不同的情况选择合适的方法进行模拟。
（一）欧拉方法欧拉方法又称为欧拉-法赫维尔方法（Euler-Favre方法），是通过给定流体状态来计算流体流动的方法，是空气动力学数值模拟中最早应用的方法之一。
它的优点是计算速度快、计算精度相对较高。
但是，它忽略了流场中的湍流效应和非线性效应，适用范围有限。
（二）拉格朗日方法拉格朗日方法又称为质点法，是基于求解质点运动方程的方法，即假设质点代表流体，通过解质点的运动方程来计算流体流动。
与欧拉方法相比，拉格朗日方法可以更好地反映湍流效应和非线性效应，适用范围更广。
但是，其计算速度较慢，计算过程中需要对质点的运动轨迹进行插值和积分等复杂的计算。
（三）欧拉－拉格朗日方法欧拉－拉格朗日方法是将欧拉方法和拉格朗日方法结合起来，既考虑流体的连续性和运动方程，又考虑运动粒子的动力学表现。
在流体流动模拟中，此方法提高了计算精度和稳定性，是目前广泛应用的数值模拟方法之一。
（四）Navier-Stokes方程组数值解求法Navier-Stokes方程组是描述流体运动的基本方程，可以用于描述流场中粘性流体的运动。
Navier-Stokes方程组数值解求法是通过将Navier-Stokes方程组转化为离散形式，应用数值计算方法求解流体在不同位置和不同时间的各个物理量。
该方法适用于涉及流体粘性、湍流等复杂流动现象的模拟，在模拟飞行器、汽车等工程中有着广泛的应用。
数值模拟技术在定日镜风载荷计算中的应用
数值模拟技术在定日镜风载荷计算中的应用程松【摘要】利用Fluent流体动力学仿真软件对风场中的定日镜模型进行数值模拟计算,得到反射镜面上的平均风压因数及风压分布,并与风洞试验结果进行对比和分析.通过对比分析确认,数值模拟得到的定日镜风压因数与风洞试验结果一致,表明数值模拟技术可以用于定日镜风载荷计算.【期刊名称】《上海电气技术》【年(卷),期】2017(010)004【总页数】5页(P45-49)【关键词】数值模拟;定日镜;风载荷;计算;应用【作者】程松【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070【正文语种】中文【中图分类】TM714在太阳能热利用的各种方式中，塔式太阳能热发电技术代表了规模化利用太阳能的发展趋势，是太阳能热发电技术的制高点。
在塔式太阳能热发电系统中，定日镜场实现太阳辐射能的聚集，是整个系统的主要组成部分。
在西班牙、美国等发达国家，塔式太阳能热发电技术已经应用于多个商业化运营项目。
目前，大规模推广塔式太阳能热发电技术的主要障碍之一是较高的建设成本。
火力发电站的建设成本一般小于1万元/kW，而塔式太阳能热发电站的建设成本超过2万元/kW[1]。
在塔式太阳能热发电站中，定日镜场由几千至几万台定日镜单元组成。
在已建成的塔式太阳能热发电站中，定日镜场投资占总投资的50%以上[2]，是电站建设投资的主体部分。
可见，对定日镜的单体成本控制有助于降低塔式太阳能热发电系统的投资成本，提高大规模利用塔式太阳能热发电技术的可行性。
降低机械装置的成本是定日镜整机成本控制最直接和最有效的方式。
对定日镜进行成本控制时，必须合理确定定日镜的机械载荷参数，为定日镜的结构优化提供合理约束。
由于定日镜通常工作于野外环境中，整体呈T形结构，并采用平板结构反射太阳入射光，因此风载荷是定日镜的主要设计载荷。
在建筑结构设计中，结构的风载荷体形因数通常通过风洞试验方法确定。
虽然风洞试验方式具有较高的可信度，但这种方法成本高昂，而且试验周期长。
基于CFD的建筑风环境及油烟排放数值模拟研究
化与 假 设 ，室 外空 气 流 动 为稳 态 湍流 气 流流 动 ，本 项 目采 用压 力一
速 度 修 正 算法 （ Ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ）联立 求解 各离 散 方 程 。 除压 力 采 用二 阶 迎
风 格 式 进 行离 散 外 ，其他 如动 量 、湍 流 脉动 动 能 和 湍 流脉 动 动 能 耗 散 率 均 采 用 一 阶迎 风 格 式 进 行 离散 。本 文 采 用 Ｇ ＡＭＢ Ｉ Ｔ 软 件 进 行 网格 划 分 在综 合 考 虑 网 格质 量 ，计 算速 度 和 精 度 等 因 素的 基
７． ５ ｕ ｍＩ ’
化 四 面体 网格 ．并 在建 筑 物 和 下 垫面 附近 局 部 加 密 ． 网格 数量 为
１ ２４． ３ 万
３ 、模 拟 结 果
３。 １夏 季
５ ． １ ． １ 室外 风 速
在 夏 季主 导风 向和 风速 条 件下 ．现状 方 案 室外 １ ． ５ 米高 处风 速
Ｎ ２ ， ７ ３％ 。根 据排 烟 量 折 算排 烟 速 度取 为３ ｍ／ ｓ 。油 烟 颗粒 材 质 ： 密度 ￣９ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 ．Ｃｐ 为１ ５ ０ ０ Ｊ ／ ｋ ｇ ． Ｋ．导 热 系数 为０ ． ２ ８ ５ Ｗ／ ｍ． Ｋ．
粘度 为１ ． ７８ ９ ４ ｅ 一 ０ ５ ｋ ｇ ／ ｍ． Ｓ．摩 尔 质 量 为２ ００ ｋ ｇ／ ｋ ｍｏ１ 直 径 为
２ ． ２城 市梯 度风 设置 ：城 市梯度 风按 照 以下公 式计 算 ：
城 市 梯度 风设 置 ：城 市 梯度 风按 照 以 下公 式计 算 ：
１ 、计 算 模 型 和 网格 划 分
本 次 分析 模 型 根 据 建筑 图纸 中实 际尺 寸 建 立 几何 模 型 ．建 筑
多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究
多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究摘要：随着城市化进程的加快，城市空气质量和人们生活环境质量问题日益凸显。
城市风环境作为其中重要的一方面，直接影响到城市的通风换气、热环境分布、污染物扩散等关键问题。
因此，了解和研究城市风环境特性显得尤为重要。
本研究通过利用计算流体动力学（CFD）数值模拟方法结合实验研究，多尺度地揭示了城市风环境特性的复杂性和变化规律。
1.引言城市风环境是指城市中大气风的分布、速度、方向、稳定性和湍流强度等特性。
随着城市建设规模的扩大和高楼林立，城市风环境受到建筑物、道路布局、地形地貌等因素的复杂影响。
因此，全面了解城市风环境特性对于改善城市空气质量、优化城市建设具有重要意义。
2.多尺度城市风环境的数值模拟计算流体动力学（CFD）数值模拟是一种重要的研究城市风环境的方法。
根据研究尺度的不同，城市风环境数值模拟可以分为宏观尺度和微观尺度两种。
2.1 宏观尺度模拟宏观尺度的数值模拟通常基于大气边界层理论，以整个城市为研究对象，通过网格剖分、模型参数设定等步骤，获得城市风场的分布情况。
其中，基于雷诺平均的湍流模型（RANS）被广泛应用，可以较好地模拟城市尺度上的湍流运动。
2.2 微观尺度模拟微观尺度的数值模拟主要用于研究建筑物和建筑群的风环境特性。
该方法可以利用CFD模拟技术对建筑物周围的风场进行精细模拟，考虑到建筑物的阻力、脱层效应等影响因素。
此外，微观尺度模拟还可以通过将建筑物模型放置于风洞试验设施中，基于CFD模拟研究建筑物周围的风场分布情况。
3.室内外风环境的实验研究实验研究在研究城市风环境特性中同样具有重要地位。
通过建立适当的实验装置和测量仪器，可以获取城市风场的速度分布、湍流强度和扩散特性等数据。
3.1 室外实验研究室外实验研究主要基于风洞试验设施进行。
在风洞中，可以通过模拟不同的建筑物布局和地形特征，测量风场的分布情况，为城市规划和建设提供实验依据。
浅谈CFD技术在建筑风环境模拟中的应用
浅谈CFD技术在建筑风环境模拟中的应用摘要近年来，建筑的风环境越来越多地引起人们的重视。
风是构成环境，尤其是室外环境的重要因素之一，风和城市环境、建筑环境有着密不可分的关系，并对城市规划、建筑设计和结构设计等领域起着很大的影响。
然而人们对风环境的掌握十分困难，传统的模拟手段费时、费力，且结果收集存在误差。
近些年来，CFD技术越来越多的被各行业的技术人员用来作数字化模拟的手段，其不可替代的优势必将使建筑模拟技术实现新的飞跃。
关键词：建筑风环境CFD技术AbstractIn recent years, more and more people pay attention to building wind environment. Wind is one of the important factors constituting the outdoor environment, wind and the urban environment, the built environment has a close relationship, and urban planning, architectural design and structural design field plays a big impact. However, it is very difficult to master the wind environment, The traditional analog means consuming and laborious. In recent years, more and more of the technical staff of the various industries used CFD technology as a means of digitized analog, its irreplaceable advantages will make the building simulation technology to achieve a new leap.Keywords: Building wind environmentCFD technology0.引言人、自然、建筑、城市一直是紧密相关的概念，而风与他们都有关系。
【最新】定日镜,研究报告-范文word版 (12页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==定日镜,研究报告篇一：塔式太阳能定日镜控制系统研究南京师范大学毕业设计（论文）（ 201X 届）题目：塔式太阳能定日镜控制系统的研究学院：电气与自动化工程学院专业：专业方向：电力系统及其自动化班级：210904D学号： 21090437姓名：濮昌期指导教师：祝雪妹职称：教授填写日期：电气与自动化工程学院制摘要随着化石能源的大量消耗和全球环境的急剧恶化，太阳能热发电技术成为了有效的解决途径之一。
其中，塔式太阳能热发电技术是大型太阳能热发电中最为经济的发电形式。
由于我国在太阳能热发电领域的相关研究起步较晚，尚有很多关键问题亟待解决。
本课题希望通过分析太阳运动规律，研究定日镜聚光跟踪控制，尽可能在最大优化的条件下对太阳能实现最大程度的利用，从而推动太阳能热发电技术的发展，使得太阳能热发电技术可以得到更加成熟、广泛的应用。
具体内容包括：（1）太阳运动轨迹的研究根据太阳运动模型，计算太阳的高度角和方位角，模拟太阳在一天内运动轨迹的变化，并进行了仿真。
（2）定日镜聚光跟踪系统的研究根据欧拉旋转矩阵、入射和反射原理、太阳高度角和方位角，计算定日镜的高度角和方位角，并对镜场中的定日镜的追日跟踪控制进行了仿真。
仿真结果表明，本课题中提出的太阳运动模型及定日镜跟踪控制模型是切实可行的，为深入研究塔式太阳能热发电技术，实现大规模定日镜的高精度、高效率、经济化跟踪控制奠定了良好的基础。
关键词：塔式太阳能热发电；太阳运动轨迹；定日镜跟踪控制；仿真AbstractWith the mass consumption of fossil energy and a sharp deterioration in the global environment, solar thermal power generation technology has become one of the effective solutions. Among them, the tower solar thermal power generation technology in large-scale solar thermal power generation is the most economic forms of power generation. Due to the related research in the field of solar thermal power generation in China started relatively late, there are a lot of key problems to be solved. I hope this topic by analyzing the movement of the sun law, research the heliostat the condensertracking control, as far as possible the conditions of the maximum optimized to achieve maximum use of solar energy, so as to promote the development of solar thermal power generation technology, make solar thermal technologies can be more mature and widely used. The concrete content includes:(1) Research of the sun trajectoryAccording to the sun motion model, calculate the altitude Angle andazimuth Angle of the sun, simulate the sun's movement in one day change,and carry out the simulation.(2) Research of the focusing heliostat tracking systemAccording to the Eular rotation matrix, principle of incidence andreflection, the altitude Angle and azimuth Angle of the sun,calculate thealtitude Angle and azimuth Angle of the heliostat, and simulate heliostatsin the heliostat mirrors field.The simulation results show that, the motion model and the heliostat tracking control model in this topic is feasible. For further research on tower solar thermal power generation technology, realizing large-scale heliostats of high precision, high efficiency and economization tracking control has laid a good foundation.Key words: solar power tower system; the sun trajectory; the heliostat trackingcontrol; simulation目录摘要 .................................................................. ..................................................................... .. (I)Abstract ............................................................ .. (II)第1章绪论 .................................................................. . (1)1.1课题研究的目的和意义 .................................................................. .. (1)1.2太阳能热发电技术的概述 .................................................................. (1)1.3太阳能热发电技术的三种主要方式 .................................................................. (2)1.3.1槽式太阳能热发电................................................................... .. (2)1.3.2塔式太阳能热发电................................................................... .. (2)1.3.3碟式太阳能热发电................................................................... .. (3)1.3.4三种太阳能热发电方式的比较 .................................................................. . (4)1.4 塔式太阳能国内外研究现状 .................................................................. (4)1.5本研究的主要内容 .................................................................. .. (5)1.6本章小结 .................................................................. (5)第2章太阳运动轨迹研究 .................................................................. . (6)2.1太阳与地球的运动规律 .................................................................. (6)2.2太阳方位坐标系的选取及相关角度的计算 (7)2.2.1坐标系的选取 .................................................................. (7)2.2.2太阳赤纬角和时角的计算 .................................................................. . (8)2.2.3太阳的高度角和方位角计算 .................................................................. (8)2.3太阳运动轨迹的算法与仿真 .................................................................. . (9)2.3.1 SPA算法简介 .................................................................. (9)2.3.2太阳运动轨迹的软件仿真 .................................................................. .. (13)2.4 本章小结 .................................................................. (15)第3章定日镜运动规律研究与仿真...................................................................163.1定日镜的简介 .................................................................. .. (16)3.2定日镜视日轨迹跟踪方式的选取 .................................................................. (16)3.3欧拉旋转矩阵原理 .................................................................. (17)3.4定日镜角度的定义及求解 .................................................................. (19)3.4.1定日镜法线、高度角和方位角的定义 (19)3.4.2光反射原理简介 .................................................................. (20)3.4.3定日镜高度角和方位角的求解 .................................................................. (21)3.5塔式太阳能定日镜场的模拟与仿真 .................................................................. .. (23)3.6本章小结 .................................................................. . (34)第4章总结与展望 .................................................................. .. (35)4.1本文总结 .................................................................. . (35)4.2研究展望 .................................................................. . (35)致谢 .................................................................. .. (37)附录 .................................................................. .. (38)参考文献 .................................................................. .. (40)篇二：基于均匀设计与线性回归的定日镜结构优化设计基于均匀设计与线性回归的定日镜结构优化设计作者：李正农梁笑寒吴卫祥王志峰来源：《湖南大学学报·自然科学版》201X年第12期摘要：为节约材料，对定日镜结构进行了杆件优化设计研究.以定日镜平面和空间桁架的杆件尺寸为设计参数，以位移及应力为约束，采用均匀设计法对某定日镜进行风荷载作用下的近似优化，得到目标（位移、应力及用钢量）与参数之间的近似函数关系，并详细给出了不同条件下优化后推荐使用的杆件规格.结果表明：优化后的用钢量比现有结构节省13.8%. 整个优化过程简单易行，优化结果可靠.。
基于优化CFD模型的风电场风速数值模拟
基于优化CFD模型的风电场风速数值模拟随着风力发电技术的不断发展，风电场规模也不断扩大。
如何保证风电机群的使用效率，必须解决风电场中的复杂流动问题。
CFD模型是一种有效的工具，可以模拟风电场中的流体力学现象。
但是，CFD模型的准确性和稳定性直接影响模拟结果的质量。
因此，本文将介绍优化CFD模型的方法，从而提高风电场风速数值模拟的准确性和稳定性。
一、优化网格划分网格划分是CFD模型的基础，影响着数值模拟的准确性和计算效率。
为了优化数值模拟的精度，需要选用合适的网格类型和网格密度。
常用的网格类型有结构化网格和非结构化网格。
结构化网格具有规则性和可重复性，非结构化网格适用于复杂几何形状。
在选取网格类型的同时，也需要考虑网格密度。
网格密度过大会导致计算机计算速度变慢，网格密度过小会导致模拟失真。
为了优化网格密度，可以使用网格适应性控制方法。
这种方法可以根据物理特性的变化，自动调整网格密度。
比如，在翼型处可以设置网格密度更高，以保证更为准确的数值模拟。
二、选择适当的边界条件CFD模型的边界条件对数值模拟的准确性影响极大。
在风电场风速数值模拟中，常用的边界条件有扰动入流边界条件和周期性边界条件。
扰动入流边界条件是指在计算域的入口处设置扰动，以便更真实地模拟入口流动情况。
周期性边界条件在同一方向上相反的边界处设置，可以减小计算区域，同时也能减少数值误差。
除了边界条件，流体介质的物理特性也需要被考虑。
比如，颗粒浓度、温度和化学成分等，都会影响流体的流动特性。
因此，在建立CFD模型时，需要根据实际情况选择适当的物理参数，以保证模拟结果的准确性。
三、选取适当的模型在CFD模型中，流动模型（如雷诺平均方程模型和湍流模型）是常用的模拟方法。
不同的模型适用于不同的情况。
比如，在低速气流中，雷诺平均方程模型可以具有很好的效果。
但在高速气流中，湍流模型更能反映流动现象。
因此，需要选取适当的模型以满足模拟的需要。
四、提高模拟的并行化程度CFD模拟计算过程中，由于计算量大，需要使用高性能计算机来提高计算效率。
《基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》范文
《基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》篇一一、引言随着计算机技术的发展，CFD（计算流体动力学）技术在对旋轴流风机设计中的应用日益广泛。
对旋轴流风机广泛应用于通风、排烟、工业制造等众多领域，因此其性能分析具有极其重要的价值。
正交试验法是一种基于数学原理和统计技术的实验设计方法，可以有效地处理多因素多水平的问题。
本文旨在利用正交试验法对旋轴流风机进行CFD数值模拟分析，以探索其内部流场特性和优化设计方案。
二、CFD技术及其在对旋轴流风机中的应用CFD是一种用于模拟和分析复杂流体运动现象的技术，可以提供详细的流场信息。
在风机设计领域，CFD技术的应用为分析流场的复杂性提供了可能。
对于对旋轴流风机，其特殊的结构设计和运行模式导致其内部流场极为复杂，传统的理论分析和试验测试往往难以完全描述其性能。
而CFD数值模拟能够弥补这一缺陷，通过计算流体力学来获取流场数据。
三、正交试验法简介正交试验法是一种以最小数量的试验获取最佳信息的设计方法。
在风机设计中，正交试验法可以有效地处理多因素多水平的问题，如风机的转速、叶片的形状、叶片的安装角度等。
通过正交试验法，可以快速地找出各因素对风机性能的影响程度，并确定最优的参数组合。
四、基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析（一）模型建立首先，根据对旋轴流风机的实际结构建立几何模型，并将其导入到CFD软件中。
其次，选择适当的湍流模型，设置合适的边界条件等。
最后，运用正交试验法设计多个模拟方案，并执行数值模拟分析。
（二）模拟方案的设计与实施采用正交试验法设计多个模拟方案，包括不同的转速、叶片形状和安装角度等。
在每个方案中，通过CFD软件进行数值模拟分析，获取详细的流场信息。
（三）结果分析对每个模拟方案的结果进行分析，包括风机的压力、速度、涡量等参数的分布情况。
通过对比不同方案的结果，找出各因素对风机性能的影响程度，并确定最优的参数组合。
此外，还可以通过分析流场的涡量分布和湍流强度等来研究风机的运行特性。
大气科学研究中的数值模拟与
大气科学研究中的数值模拟与数据分析。
大气科学研究中的数值模拟与数据分析引言大气科学是研究大气运动、大气成分和大气现象等的学科。
在现代气象学领域，数值模拟和数据分析是两个重要的研究方向。
本文将探讨大气科学研究中的数值模拟和数据分析方法，并分析它们在研究中的应用。
一、数值模拟在大气科学研究中的应用数值模拟是通过基本方程组和边界条件构建数值模型，以模拟大气系统的运动和变化。
在大气科学研究中，数值模拟有以下几个主要应用：1. 气候模拟气候模拟是通过数值模型模拟地球气候系统的长期平均状态和变化趋势。
通过模拟过去的气候变化，科学家可以对未来的气候变化做出预测和估计。
数值模拟在气候变化研究中扮演着重要的角色。
2. 大气环流模拟大气环流模拟是研究大气运动规律和天气系统生成、演变的重要手段。
通过数值模拟可以模拟大气环流的形成机制和运动路径，研究高压系统、低压系统、风暴等天气现象。
3. 降水模拟降水是大气科学中重要的研究内容。
数值模拟可以模拟降水过程，研究降水的时空分布、形成机制及其与气候变化的相互关系。
通过对降水模拟的研究，可以提高对降水的预测能力，为灾害预防和水资源管理提供科学依据。
二、数据分析在大气科学研究中的应用数据分析是通过收集、整理和分析实际观测数据，提取其中的规律和信息。
在大气科学研究中，数据分析有以下几个主要应用：1. 气象观测数据分析气象观测数据是对大气现象进行观测和记录所得的数据。
通过对气象观测数据的分析，可以研究气象系统的演变规律、气象要素的时空变化等。
数据分析可以用于分析温度、湿度、风速等天气要素的统计特征，揭示天气系统和气候变化的规律。
2. 大气成分数据分析大气成分数据可以提供对大气中各种气体和颗粒物的观测结果。
通过对大气成分数据的分析，可以研究大气污染物的来源和变化趋势，评估大气环境的质量和健康影响。
3. 雷达数据分析雷达技术在大气科学研究中有广泛应用。
通过对雷达数据的分析，可以研究降水、云层结构、风暴等天气现象的形成和演变。
空气动力学方面的数值模拟与实验研究
空气动力学方面的数值模拟与实验研究随着现代科技的不断发展，人类生活的各个方面也越来越被科技所覆盖。
在工业生产、航空航天、汽车等领域，空气力学已经成为必不可少的基础学科。
而空气动力学方面的数值模拟与实验研究则是现代空气力学研究的重要技术手段。
一、数值模拟数值模拟是一种利用计算机来模拟实际流体运动的技术。
例如在传统的飞机设计过程中，需要针对空气动力学特性来进行流场仿真，这个时候数值模拟工具就得到广泛的应用。
在空气动力学方面，最常用的数值模拟技术是计算流体力学(CFD)。
它采用数值方法解决流体运动方程，得出各种力学量的分布和变化规律，可用于研究空气动力学问题如流动中的压力、速度、流线、涡旋等问题，同时也能验证设计的迎风面和其他外形特征对飞行性能的影响。
但是需要指出的是，数值模拟仅仅是理论预测，还需要通过实验对其进行验证。
二、实验研究实验研究是通过制作实际模型，采取相应措施进行试验并对试验数据加以分析与比较的过程。
在空气动力学研究中，实验可与数值模拟相结合，从不同角度去探寻空气动力学问题。
比如当我们要研究某飞机在高空的飞行性能时，可以通过实验方法，制作出该飞机的模型，再将其送入风洞中进行高压气流的喷射，通过精密的仪器测量并分析所得数据，得出飞机在高空的飞行特性等重要参数。
同时，实验研究也可以用来验证数值模拟结果的准确性和可靠性。
例如在高铁列车设计过程中，需要对其对流问题进行研究，通过实验可以将某一具体的列车模型放入高速风洞中，测量在流体作用下的各种力学学量并与数值模拟结果进行比较，来验证其可靠性。
三、数值模拟与实验研究的结合数值模拟与实验研究各有其优势，但结合使用可以得到更加准确和全面的研究结果。
数值模拟对实验提供了精确定位和预测，实验则可以验证和纠正数值模拟的偏离。
在特定科学研究领域的交叉中，两种方法的结合也是非常重要的。
空气动力学既是一门基础学科，也是研究实际问题的应用科学。
无论是运用计算机进行数值模拟，还是进行实验研究，空气动力学方面的研究都有无限的发展空间。
基于实测风压的定日镜聚光效率的计算方法及装置
基于实测风压的定日镜聚光效率的计算方法及装置基于实测风压的定日镜聚光效率的计算方法及装置1. 引言在太阳能利用领域中，定日镜是一种常见且有效的设备，它能将太阳的能量聚焦在一个点上，实现高温和高能量密度的应用。
而要准确评估一个定日镜的性能，其中之一就是聚光效率。
聚光效率是指定日镜将太阳能聚焦到工作点的效率，它受到风的影响而产生变化。
基于实测风压的定日镜聚光效率的计算方法及装置成为研究热点。
2. 定日镜聚光效率的影响因素定日镜聚光效率受多种因素的影响，其中之一是环境因素。
在自然环境中，风是最重要的环境因素之一。
风速的增加会导致定日镜表面受到较大的风压，从而使聚光效率下降。
准确测量风压并据此进行计算，成为评估定日镜聚光效率的重要手段之一。
3. 计算方法为了实现基于实测风压的定日镜聚光效率的计算，需要进行以下步骤：3.1 收集风压数据：使用风压传感器等设备，精确地测量定日镜受到的风压，并记录下来。
3.2 关联风压和聚光效率：通过实验或模拟，建立定日镜受到风压与聚光效率之间的数学关系，这需要考虑多项因素，如定日镜的结构参数、材料特性等。
3.3 计算聚光效率：根据所建立的数学模型，将实测的风压数据代入模型中，计算出相应的聚光效率。
这样就能够准确评估定日镜在不同风速下的聚光性能。
4. 装置设计在基于实测风压的定日镜聚光效率计算中，需要设计专门的装置来收集风压数据。
一种常见的装置是风压传感器，它可以测量定日镜表面的压力变化。
传感器应该具有高灵敏度和高精度，以确保测量结果的准确性。
为了避免风压测量误差，装置还应具备稳定的固定性和可靠的数据采集系统。
5. 个人观点和理解在我看来，基于实测风压的定日镜聚光效率的计算方法及装置的研究对于太阳能利用的发展和应用具有重要意义。
定日镜作为太阳能利用的一种重要设备，其性能的准确评估对于提高能量利用效率和推动可持续发展具有重要意义。
通过建立风压与聚光效率之间的数学模型，可以更准确地评估定日镜在实际工作条件下的性能，并为进一步优化设计提供依据。
定日镜风压、风环境CFD数值模拟研究
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（）９０
第十三届全国结构风工程学术会议论文集
得在定日镜表面区域内有效进行网格精确划分，而在远离定日镜表面的区域保持一种相对粗糙的网
格划分。这样既能进行有效的计算又能保证计算精度不受影响。本文的计算网格数为１９９万。
控制方程和湍流模型
近地风是一种近似不可压缩的湍流流动。在稳态效应下，基于Ｒｅｙｎｏｌｄｓ时均方程和标准ｌ【＿￡模
型组成湍流控制微分方程动。
７．结论
本文采用的结构网格划分的实用方法，既能节约计算时间又能达到计算精度的要求。采用标准 ｋ－￡和ＭＭＫ修正的ｋ．￡湍流模型对定日镜的表面风压系数和风场环境进行了数值模拟及分析。通过 对模拟结果的分析以及与风洞试验结果的比较，对两种模型的模拟效果进行了分析评价：并获得了 定日镜镜面以及背面的风压分布的规律；定日镜周围风场的特性；特别是定日镜背面复杂的风场的 分析结果。本文的主要结论如下： １．数值模拟和风洞试验的结果从整体趋势上看均有较好的吻合。这表明通过数值模拟方法和风 洞试验相结合能够为定日镜的抗风设计提供合理的设计参数。 ２．ＭＭＫ修正的ｋ．￡湍流模型对定日镜平均风压的预测效果明显优于标准ｋ－￡模型对定日镜平均 风压的预测效果，特别是对于高负压区的背面的预测。 ３．数值模拟方法能有效地模拟定日镜周围的流场。特别是对定日镜背风面流动的分离、涡旋、 环绕及回流等能够作出较准确地预测。 ４．ＭＭＫ修正的ｋ－￡湍流模型对定日镜背面流场的模拟比ｋ－￡湍流模型更为准确。标准ｋ．￡模型 预测定日镜背面从地面产生的漩涡区域太小，这使其较高估计了背风面的平均风压系数。
基于超级计算的大规模定日镜场风环境模拟
基于超级计算的大规模定日镜场风环境模拟马瑞霞;李正农【摘要】定日镜群是塔式太阳热能发电站的主要设备,同时也是发电站的主要投资部分,其造价约占整个发电站总造价的一半以上.自从塔式太阳能发电站出现,定日镜的抗风问题就是设计中的难题,虽然可以采用风洞试验方法研究有限数量的定日镜的风效应,但对于数以百计的定日镜群风效应采用其风洞试验方法和一般的数值模拟方法也无能为力.为了研究这种大规模定日镜群的风环境,利用Fluent15.0软件为平台,以国家级超级计算中心为依托,应用超级计算技术,建立了定日镜群的数值模拟模型,采用实用的非结构化网格划分方法,根据实际情况设置了定日镜群所处边界层的入口、出口和壁面等条件,采用标准k-ε模型模拟了定日镜群在仰角为30°时的工作情况,计算了大气边界层中定日镜群在典型来流风向条件下的风速分布和风压分布.计算结果表明,改变流场方向对定日镜群的风速和风压的分布影响较明显.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(043)004【总页数】12页(P1338-1349)【关键词】超级计算;CFD;定日镜群;流场特性【作者】马瑞霞;李正农【作者单位】湖南大学建筑安全与节能教育部重点试验室,湖南长沙 410082;湖南大学建筑安全与节能教育部重点试验室,湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TU30 引言塔式太阳能热发电系统的设计思想是20世纪50年代由前苏联提出的。
世界上第一座小型的塔式太阳能热发电站实验装置是由前苏联于1950年设计，同时对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础的探究和摸索。
进入21世纪以来，国外开始倾向于研制10 m2以下用于塔式太阳能热发电的小型定日镜，美国BrightSource Energy公司的Luz塔式太阳能热发电(LPT)系统和esolar公司的分布式塔式太阳能热发电系统均采用10 m2以下的小型定日镜。
而国内对于塔式太阳能发电方面的研究起步较晚，从上世纪七十年代开始进行了一些应用性的基础试验和研究，在天津建造了一套塔式太阳能热发电模拟装置，其功率仅为1kw。
定日镜群风荷载干扰效应的数值模拟
定日镜群风荷载干扰效应的数值模拟王莺歌;李正农;卢春玲【摘要】Heliostat usually appears in group. When air current passes, and there will emerge interference effect between individuals and further influences their wind pressure distribution as well as flow field features. In order to study this kind of interference effect, a numerical wind runnel model was established, and corresponding UDF program was drafted, and entry conditions of atmospheric boundary layer's wind field was simulated with terrain roughness of category B. Interference effects of two and four heliostats were computed by radial disposition on their disadvantageous, common and suspending operating modes using standard k-ε model simulation. The wind power interference factors were calculated, and the flow field distribution map was drafted. The impacts on heliostat surface wind pressure of factors such as different operating modes and distances, dispositions were analyzed. The mixed grid was selected to enforce the interior unstructured grids to transform to exterior structured ones. The size function in Gambit software was used to reduce calculation while the grid precision was ensured. The results show that wherein heliostats by radial disposition, the rear heliostat locates in the front heliostat's wake area, the surface wind pressure reduction is obvious, and the operating mode of elevation angle 0° is the most sensitive to space influence. Due to the front side interference, the surface wind pressure of heliostats by radial disposition increases.%定日镜通常以群的形式出现,在气流流过时,各个单体之间会出现干扰效应,影响到它们的风压分布以及流场特性.为了研究这种干扰效应,建立数值风洞模型,编制相应的UDF程序,模拟B类地貌下大气边界层风场入口条件,选用标准k-ε模型模拟计算不利工况、常用工况、停放工况下的两定日镜前后径向布置的干扰效应和四定日镜辐射状布置的干扰效应,计算风力干扰因子,给出其流场分布图,分析不同工况、不同距离、不同布置形式等因素对定日镜表面风压的影响.计算中通过选用混合网格强制内部非结构化网格向外部结构化网格过渡,使用Gambit软件中的Size Function功能,在确保网格精度的同时大大减小了计算量.研究结果表明:在径向布置定日镜中,后方定日镜处于前方定日镜的尾流区,其表面风压减小较为明显,仰角为0°时对距离影响最为敏感;辐射状布置的定日镜受到斜侧前方定日镜干扰,表面风压呈现增长趋势.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)006【总页数】10页(P2403-2412)【关键词】定日镜群;数值模拟;干扰效应;流场特性;风力系数【作者】王莺歌;李正农;卢春玲【作者单位】嘉应学院土木工程学院,广东梅州,514015;湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室,湖南长沙,410082;湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室,湖南长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】TU973.213在塔式太阳能发电系统中,定日镜群的布置方式常见的有按直线排列和按辐射排列2种，后者由美国休斯顿大学的 Lipps等[1]首先提出，它有利于减少阻挡损失。
下击暴流冲击作用下定日镜风环境数值模拟
下击暴流冲击作用下定日镜风环境数值模拟吉柏锋;赵进新;姜峰【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2022(40)4【摘要】为研究下击暴流冲击作用下定日镜周围的风环境时变特性,文章利用计算流体动力学方法,对处于下击暴流瞬态风场中的定日镜风环境进行数值模拟与分析。
结果表明:在下击暴流冲击过程中,定日镜周围环境风速呈现出先增大后减小的趋势,当下击暴流发展到最大强度时达到风速峰值,且风速峰值和谷值区域的范围随着下击暴流的演变先增大后减小;随定日镜俯仰角增大,风速峰值无明显变化,但周围环境风速的峰值和谷值区域范围明显增大,定日镜背后涡的影响范围也逐渐增大;俯仰角对定日镜周围绕流风场的时变特征影响较大。
当定日镜处于小俯仰角时,定日镜后方涡的影响范围未发生显著变化,风环境相对稳定;当俯仰角增大,随着下击暴流冲击过程的演变定日镜背后涡数量由一个增加至两个,影响范围先增大后减小,周围环境风场的复杂性提高。
当定日镜处于小俯仰角时,镜面上方的高流速区域范围可忽略不计,而下方的狭缝高流速区域范围很大,威胁程度高。
【总页数】8页(P455-462)【作者】吉柏锋;赵进新;姜峰【作者单位】武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室;中山大学土木工程学院;武汉理工大学土木工程与建筑学院【正文语种】中文【中图分类】TK513.1;TU312【相关文献】1.下击暴流作用下平屋面风荷载CFD数值模拟2.下击暴流作用下定日镜表面风压数值模拟3.下击暴流作用下定日镜表面风压数值模拟研究4.下击暴流强风冲击作用下定日镜风压时变特征5.移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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定日镜风压、风环境ＣＦＤ数值模拟研究
卢春玲 李ａＹ－农 李秋胜
（湖南大学土木工程学院，长沙４１００８２）
摘要基于Ｆｌｕｅｎｔ６．３的并行计算技术，采用实用的结构网格划分方法，选用标准ｋ－Ｂ和ＭＭＫ修正的ｋ－６两种
湍流模型计算了大气边界层中定目镜结构的平均风压系数和平均风流场，分析了定日镜镜体平均风压、平均风流场
２
２扭”，Ｊ２
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一，竿
使得在数值计算中的入ｌ ｊ气流更加符台实际风场情况。
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Ｕ为八【１处的平均风速，ｌ为湍流强度，】为揣流积分尺度。本文根据湖人风洞试验室定口镜风洞试 验的风速剖而、湍流强度荆面以及槲瘟的湍流秘分』ｔ度的结果，编制崭１应的捌序峙Ｆｌｕｅｎｔ实现接口，
５．计算和求解
奉文主要模拟在高雷诺数情况Ｆ，束流垂蓖Ｐ定目镜的情况下，风对定日镜的作用。文中计算
入尾迹区域；２）从定日镜顶部和侧面出现流动分离，从定日镜后面出现一个更大的流动分离并和马 蹄漩涡相互作用；３）绕定日镜的流动是高度复杂的，充满着冲撞、分离、涡旋、环绕及回流。绕经 定日镜上方的流线向下卷起一个漩涡，从地面产生一个漩涡在定日镜后面发展，这两个漩涡相互交 织在一起向下流泄出。这些现象同Ｍａｒｔｉｎｕｚｚｉ所述一致乃。 从图８中可以看到标准ｋ．￡模型预测定日镜背面从地面产生的漩涡区域太小，这使得较高估计了 背风面的平均风压系数。ＭＭＫ修正的ｋ－６模型从地面产生的漩涡区域明显大于标准ｋ＿￡模型。而正 确预测漩涡区域的大小将决定平均风压系数的大小。故其在背风面对平均风压系数的预测要明显优 于标准ｋ．￡模型。从图８中可以看出定日镜的背风面出现气流分离和剧烈的漩涡，这些地方正是前 面所提到的风压系数与试验数据差距较大的高负压的区域。
６．结果分析与比较
６．１平均风压系数数值结粜分析 ６．１．】平均＿鼠压系数的分布 甲均风脏系虢０；ＹＪＪ，
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在标准ｋ吨模型中，定义只：ｕｓ。，－：ｃ。生，【２ ￡
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２．计算域和网格划分
定日镜高Ｈ为１１．９９２ｍ，宽Ｄｘ为９．０４ｒＩＩ（图１）。计算域、坐标定义和边界条件见图２。计算域在 Ｙ方向长为２０Ｄｘ，其中Ｄｘ为结构在ｘ方向的宽度，在ｘ方向距离为６Ｄｘ，在Ｚ方向高度为６Ｈ，这 样选择可以一是保证计算域的相对大小和风洞试验保持一致，二是保证结构的堵塞度小于３％。 图３表示的是定日镜的网格划分的方式。这种网格划分是将整个定日镜嵌套在一个比其大几倍的 长方体中，这个长方体的尺寸为Ｙ方向长为２Ｄｘ，在ｘ方向距离为２Ｄｘ，在ｚ方向高度为２Ｈ。在这个长 方体区域内采用无结构网格模式，而在其它区域采用结构网格模式。采用这种划分网格的模式将使
ａ）标准ｋ ｃ模型
｛匿“’圈圈
ｂ）ＭＭＫ蟹正ｋ ｃ蠖璺 ｗ标准ｋ－ｃ模型 ｈｊＭＭＫ掺ｔ
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第十三届全国结构风工程学术会议论文集
７．结论
本文采用的结构网格划分的实用方法，既能节约计算时间又能达到计算精度的要求。采用标准 ｋ－￡和ＭＭＫ修正的ｋ．￡湍流模型对定日镜的表面风压系数和风场环境进行了数值模拟及分析。通过 对模拟结果的分析以及与风洞试验结果的比较，对两种模型的模拟效果进行了分析评价：并获得了 定日镜镜面以及背面的风压分布的规律；定日镜周围风场的特性；特别是定日镜背面复杂的风场的 分析结果。本文的主要结论如下： １．数值模拟和风洞试验的结果从整体趋势上看均有较好的吻合。这表明通过数值模拟方法和风 洞试验相结合能够为定日镜的抗风设计提供合理的设计参数。 ２．ＭＭＫ修正的ｋ．￡湍流模型对定日镜平均风压的预测效果明显优于标准ｋ－￡模型对定日镜平均 风压的预测效果，特别是对于高负压区的背面的预测。 ３．数值模拟方法能有效地模拟定日镜周围的流场。特别是对定日镜背风面流动的分离、涡旋、 环绕及回流等能够作出较准确地预测。 ４．ＭＭＫ修正的ｋ－￡湍流模型对定日镜背面流场的模拟比ｋ－￡湍流模型更为准确。标准ｋ．￡模型 预测定日镜背面从地面产生的漩涡区域太小，这使其较高估计了背风面的平均风压系数。
面风压分布的规律：
（１）定日镜的迎风面出现正压，背风面为负压。 （２）在高度方向，定日镜镜面平均风压系数沿高度变化呈现中间大、两端小的变化趋势。这是由 于风速随高度呈指数律增长，在建筑物下部的风速相对较小，所以风压系数较小，而在建筑物的上 部，虽然风速较大，但由于流体的三维效应，气流向定日镜项部绕流，风压系数有所减小。 （３）由于气流分离、涡流脱落、尾流等因素，定日镜背面平均风压沿高度分布相对镜面要复杂得 多。这点从风速风流线图８可以看出：流动在背面处发生了分离，形成了大小两个负压漩涡，从而 造成了风压分布图在高度６．７ｍ左右形成了上下两个负压风压分布区域。最大的负风压出现在定日镜 背风面的镜面下端。这是由于气流在这部分区域出现了分离，在分离点后出现较大的负压涡流。 ６．１．２两种湍流模型与风洞试验结果的对比及分析 本文采用１：１０的缩尺比对定日镜模型进行了风洞试验。试验在湖南大学ＨＤ．２大气边界层风洞 中进行的。为了测取定日镜内外表面上的风压分布，在定日镜内外表面上上共均匀布置了２８８个测 压点，每面各１４４个测点。图６和图７给出了不同高度处不同湍流模型计算结果与风洞试验得到的 风压系数的直接比较。 分析图６及７可得：１）两种湍流模型的计算结果均与试验值趋势一致，但比较而言，数值计算 的结果稍偏大。２）两种湍流模型迎风面上正风压比背风面上负风压模拟效果更好一些。３）无论是迎风 面还是背风面ＭＭＫ修正的ｋ－ｅ模型比标准ｋ－￡模型模拟的结果要好，说明ＭＭＫ修正的ｋ吨模型对 钝体周围的分离、回流等复杂流动现象具有更好的预测效果。４）在大部分测点上，ＭＭＫ修正的ｋ－ｅ 模型的模拟结果与试验数据的差距在１０％以内，数值模拟结果非常可靠。误差较大地方主要集中在 定日镜背面下半部分的一些测点上，这些测点都处在负压较大的区域。产生较大误差的原因是由于 此处的小旋涡脱落，模型模拟精度相对较差。
的分布规律和特点；并将数值计算结果与风洞试验进行了比较．结果表明ＭＭＫ修正的ｋ－６模型较之标准ｋ－６有更好
的预测效果． 关键词计算风工程，定日镜、数值模拟、ｋ．￡湍流模型
１．引言
计算风工程（ＣＷＥ）作为计算流体动力学（ＣＦＤ）的一个分支，最近三十年来有了迅速的发展，它能 够给出风对结构作用的数值评价。除风洞试验外，为结构的抗风研究提供了一种新的方法。数值风
得在定日镜表面区域内有效进行网格精确划分，而在远离定日镜表面的区域保持一种相对粗糙的网
格划分。这样既能进行有效的计算又能保证计算精度不受影响。本文的计算网格数为１９９万。
控制方程和湍流模型
近地风是一种近似不可压缩的湍流流动。在稳态效应下，基于Ｒｅｙｎｏｌｄｓ时均方程和标准ｌ【＿￡模
型组成湍流控制微分方程动。
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（）９０
第十三届全国结构风工程学术会议论文集
洞技术正逐渐成为辅助传统风洞试验的强有力工具。
由于建筑结构多为钝体，对于钝体的数值模拟在ＣＦＤ计算中具有挑战性，尚有诸多困难ｎ。因 此进行这方面的研究很有必要。本文基于Ｆｌｕｅｎｔ６．３的并行计算技术，计算了定日镜结构在来流垂直 于镜面情况下的平均风压系数和风流场。重点放在合理建立适应于钝体结构的数值风洞模型的探讨 上，包括网格的划分，湍流模型的选取等，将数值计算的结果和风洞试验作了比较。并分析了定日 镜镜体平均风压、平均风流场的分布规律和特点。
本文主要采用两种典型的湍流模型来模拟湍流的流动，即：标准ｋ－￡模型以及ＭＭＫ修正的ｋ－Ｅ 模型。这两种模型的特点为：标准ｋ－￡模型计算量小、收敛快，对于工程中常见的绕流和边界层流 动，以及部分有回流区的流动，其计算结果与试验值吻合较好，因而往往是工程应用的首选模型３’。