[发明专利]一种微地形风速预测方法

说明书

本发明涉及一种微地形风速预测方法，包括以下步骤：步骤S1:通过solidworks建立待测微地形的理想模型;步骤S2:根据待测微地形的理想模型，确定计算流体力学的控制方程；步骤S3:在质量守恒跟动量守恒的条件下，添加湍流模型使控制方程封闭，进行计算流体力学的控制方程的求解，得到待测微地形湍流特性；步骤S4:设置不同的风向角，并设定对应的边界条件；步骤S5:进行地形抬升型微地形参数的建模，并根据待测地形山脉高度H与山脉底部直径D，得到不同风向角下的最大风速和加速比。本发明可以解决目前输电线抗风设计不标准的问题。

技术领域

本发明涉及流体力学的环境技术领域，具体涉及一种微地形风速预测方法。

背景技术

福建省处于我国的东南沿海，平均每年有2～5个台风在福建沿海登陆，对沿海输电线路造成严重冲击，比如倒塔、断线，直接或间接造成巨大的经济损失。灾后分析原因表明，除了台风风速远超常规设计风速，微地形环境导致的局部地区风速突变也不容忽视。福建台风与山地微地形共同影响下，可能引发杆塔破坏，从而威胁到电网的安全运行。线路沿线地貌复杂多变，气流经过时，该地区地形、地貌将显著改变近地流动风的风速、风压和湍流结构，使得这些地区的风流场呈现与平坦地区较明显的差异，造成风速和风压的分布很不规则。目前基于气象站的实测数据，不足以准确把握山地风场，各级气象站一般位于地势平坦的城镇，气象站周边大量的建筑物对实测数据有一定影响，且常年气象观测数据远低于山地输电线路承受的极端情况，所以各级气象站实测数据，不适合推广应用至各类山地。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微地形风速预测方法，可以解决目前输电线抗风设计不标准的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微地形风速预测方法，包括以下步骤：

步骤S1:通过solidworks建立待测微地形的理想模型；

步骤S2:根据待测微地形的理想模型，确定计算流体力学的控制方程；

步骤S3:在质量守恒跟动量守恒的条件下，添加湍流模型使控制方程封闭，进行计算流体力学的控制方程的求解，得到待测微地形湍流特性；

步骤S4:设置不同的风向角，并设定对应的边界条件；

步骤S5:进行地形抬升型微地形参数的建模，并根据待测地形山脉高度H与山脉底部直径D，得到不同风向角下的最大风速和加速比。

进一步的，所述计算流体力学的控制方程具体为

质量守恒方程形式为：

式中：ρ为密度；t为时间；u_i为速度张量；x_i为坐标张量；

动量守恒方程在惯性坐标系下，i方向的动量守恒方程为：

式中：u_j为速度张量；x_j为坐标张量；ρg_i为重力体积力，p为静压力；F_i为重力质量力和其他质量力；τ_ij是应力张量，定义为：

式中：μ为流体粘性系数。

进一步的，所述湍流模型采用标准k-ε模型，具体如下：

湍动能k和耗散率ε的方程如下式: