基于流体降阶仿真的风机尾流影响计算方法和系统

专利主权项内容

1.基于流体降阶仿真的风机尾流影响计算方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，利用先期构建的尾流数据生成模型，基于计算流体力学仿真方法，获取一种或多种工况下的风机尾流数据；第二步，通过先期构建的流场变量表征模型，基于本征正交分解方法，对风机尾流数据进行降阶分解，得到流场特征模态；第三步，根据流场特征模态，通过先期构建的投影映射模型，得到降阶投影方程；第四步，采用先期构建的尾流影响仿真模型，对降阶投影方程进行求解，得到风机尾流场影响数据，以实现风机尾流的影响计算；所述第一步中，利用尾流数据生成模型获取风机尾流数据的方法如下：步骤1.根据风机的尺寸参数，利用先期构建的致动盘模型，建立风机的几何参数和计算网格；步骤2.根据几何参数以及一种或多种不同工况，设置工况参数；步骤3.使用计算流体力学仿真方法在计算网格的基础上，对工况参数进行仿真模拟，得到多个风机尾流数据；所述计算流体力学仿真方法通过离散的代数形式，求解出具体的风机尾流数据；致动盘模型的构建方法如下：获取风机的尺寸参数；所述尺寸参数包括风机的尺寸和高度；根据尺寸参数，构建一个具有多孔特征的风轮圆盘单元，用于对风机进行模拟仿真；风轮圆盘单元设置流管横截面积、粗糙度影响系数和风廓线影响系数，用于模拟风机结构；将风速数据代入到风轮圆盘单元中，得到风速变化规律信息；根据风速变化规律信息，建立几何参数和计算网格；所述第二步中，通过流场变量表征模型得到流场特征模态的方法如下：步骤21.将风机尾流数据中的若干速度数据按阵列方式排布在一起，得到速度样本矩阵；步骤22.将速度样本矩阵进行分解，得到平均值和若干扰动值；步骤23.根据若干扰动值，构造扰动样本矩阵；步骤24.通过时空转换算法，将扰动样本矩阵进行转置，得到转置扰动矩阵；步骤25.根据转置扰动矩阵以及扰动样本矩阵，计算相关性矩阵；步骤26.基于本征正交分解方法，对相关性矩阵进行特征分解，求解特征值和特征向量，得到一组降序排列的特征值以及相应的标准正交向量；步骤27.将标准正交向量与扰动样本矩阵相乘，得到流动矩阵，将流动矩阵的每一列均除以对应的特征值，得到流动的标准正交基；步骤28.根据特征值累积占比与流场能量的关系，对流动的标准正交基进行截取，得到降阶后的流场特征模态；对流动的标准正交基进行截取的方法如下：获取若干特征值，并计算不同特征值在全部特征值中的占比，得到若干占比值；将多个占比值进行累积，得到累积占比值；根据累积占比值与流场能量的对应关系，确定参与累积计算的占比值个数；将占比值个数，当作截取的模态数，并根据截取的模态数，对标准正交基进行截取；所述第三步中，通过投影映射模型，得到降阶投影方程的方法如下：获取速度项参数，将速度项参数代入动量守恒方程中，并将动量守恒方程与流场特征模态做内积，得到速度项投影基函数；速度项参数包括速度、压力、密度和雷诺数；获取压力项参数，将压力项参数代入动量守恒方程中，并将动量守恒方程与流场特征模态做内积，得到压力项参数投影基函数；压力项参数包括风电场计算域、风电场的边界和边界的法向量；将速度项投影基函数和压力项投影基函数进行叠加，构建降阶投影方程；所述第四步中，采用尾流影响仿真模型得到风机尾流场影响数据的方法如下：步骤41，根据降阶投影方程，以模态特征系数为求解目标，得到一组全微分方程组，并将全微分方程组转化为非线性方程组；步骤42，根据非线性方程组，并通过本征正交分解方法，得到对应工况参数的特征系数；步骤43，根据特征系数以及对应工况参数，构建对应流场特征模态的一系列离散坐标点；步骤44，采用三次样条插值算法对一系列离散点进行参数拟合，得到连续函数；连续函数用于表征找到工况参数和特征系数的对应关系；步骤45，根据连续函数以及待仿真的工况参数，进行流场的重构，计算得到风机尾流场影响数据。。 （来源 马克数据网）