湍流强度计算公式

风电场测风塔测风数据浅析刘志远;彭秀芳【摘要】风电场测风塔的测风数据质量直接影响风能资源评估的结果,进而影响风机的布置、发电量的计算以及风电场投产运行后的经济效益,在整个风电场的设计过程中具有重要的作用.针对于此,从数据类型、数据参数以及数据处理三方面对实际风电场工程中测风塔测风数据的一些关键问题进行简要分析和研究,为设计工作提供更多解决问题的方法.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2015(041)011【总页数】4页(P110-113)【关键词】测风数据;数据类型;数据参数;数据处理【作者】刘志远;彭秀芳【作者单位】中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都610072;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都610072【正文语种】中文【中图分类】TK83风能相比其他形式的可再生能源，具有技术成熟、成本相对较低、对环境影响较小等优势[1]，风能被用于发电首先要保证稳定的风能资源。

风电场测风塔测风数据的质量将直接影响风能资源评估的结果，而风资源评估又是整个风电场建设、运行的重要环节，是风电场取得良好经济效益的关键[2]。

当测风塔测风数据存在较大误差时，就会影响风能资源评估的结果，进而影响风机的布置、发电量的计算以及风电场投产运行后的经济效益，因此对测风塔测风数据应引起足够的重视，对其研究也是非常有必要的。

本文将主要从数据类型、数据参数以及数据处理3方面对实际风电场工程中测风塔测风数据的一些关键问题进行简要分析和研究，为设计工作提供更多解决问题的方法。

目前，国内风电场工程常见的测风塔测风数据类型主要有NRG、NDF和WND3种，其文件后缀分别为.RWD、.NDF和.WND。

NRG数据的读取软件为美国NRG公司的Symphonie Data Retriever(简称SDR)，NDF数据的读取软件为美国Secondwind公司的Nomad2 Desktop(简称Nomad2)，WND数据直接利用记事本读取。

FLUENT边界条件（2）—湍流设置（fluent教材—fluent入门与进阶教程于勇第九章）Fluent：湍流指定方法（Turbulence Specification Method）2009-09-16 20:50使用Fluent时，对于velocity inlet边界，涉及到湍流指定方法（Turbulence Specification Method），其中一项是Intensity and Hydraulic Diameter （强度和水利直径），本文对其进行论述。

其下参数共两项，（1）是Turbulence Intensity，确定方法如下：I=0.16/Re_DH^0.125 (1)其中Re_DH是Hydraulic Diameter（水力直径）的意思，即式(1)中的雷诺数是以水力直径为特征长度求出的。

雷诺数Re_DH=u×DH/υ(2)u为流速，DH为水利直径，υ为运动粘度。

水利直径见（2）。

（2）水利直径水力直径是水力半径的二倍，水力半径是总流过流断面面积与湿周之比。

水力半径R＝A/X (3)其中，A为截面积（管子的截面积）＝流量/流速X为湿周(字面理解水流过各种形状管子外圈湿一周的周长)例如：方形管的水利半径R=ab/2(a+b)水利直径DH=2×R (4)举例如下：如果水流速度u=10m/s，圆形管路直径2cm，水的运动粘度为1×10-6 m2/s。

则DH=2×3.14*r^2/(2*3.14*r)=2*3.14*0.01^2/(3.14*0.02)=0.01 r为圆管半径Re_DH=u×DH/υ=10*0.02/10e-6=20000I=0.16/Re_DH^0.125=0.16/20000^0.125=0.0463971424017634≈5%水力半径：润湿周长横截面积=h r ， 水力直径：h h r 4D =对圆管而言，管道直径和水力直径是一回事。

FLUENT 中湍流参数的定义2011-07-28 10:46:03| 分类: 默认分类|举报|字号订阅流场的入口、出口和远场边界上，用户需要定义流场的湍流参数。

在FLUENT 中可以使用的湍流模型有很多种。

在使用各种湍流模型时，哪些变量需要设定，哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值，都是经常困扰用户的问题。

本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法，湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF(用户自定义函数)来定义，具体方法请参见相关章节的叙述。

在大多数情况下，湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的，因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。

特别是在不知道湍流参量的分布规律时，在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。

在设置边界条件时，首先应该定性地对流动进行分析，以便边界条件的设置不违背物理规律。

违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果，甚至使计算发散而无法进行下去。

在Turbulence Specification Method (湍流定义方法)下拉列表中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。

下面具体讨论这些湍流参数的含义，以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置:(1)湍流强度(Turbulence Intensity)湍流强度I的定义为:I=Sqrt(u’*u’+v’*v’+w’*w’)/u_avg(8-1)上式中u',v' 和w' 是速度脉动量，u_avg是平均速度。

湍流强度小于1,时，可以认为湍流强度是比较低的，而在湍流强度大于10,时，则可以认为湍流强度是比较高的。

在来流为层流时，湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。

比如在模拟风洞试验的计算中，自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。

在现代的低湍流度风洞中，自由流的湍流强度通常低于0.05%。

流体阻力计算公式流体阻力计算公式是用来计算物体在流体中受到的阻力的数学公式。

阻力是物体运动过程中对物体运动的削减和消耗力的一种表现。

在流体力学中，流体阻力的计算公式可以分为不同情况，包括层流阻力和湍流阻力的计算。

下面将分别介绍这两种情况下的流体阻力计算公式。

1.层流阻力计算公式：在层流条件下，当物体在流体中运动时，流体与物体之间存在着黏滞性，因此会产生黏滞阻力。

黏滞阻力的大小与流体的粘度、物体的速度、物体的形状以及液体的密度等有关。

对于小球在粘性流体中的运动，斯托克斯提出了斯托克斯定律，该定律描述了小球在稳态下受到的阻力与速度和粘度之间的关系。

根据斯托克斯定律，小球的阻力F可表示为：F = 6πηrv其中，η为流体的粘度，r为物体的半径，v为物体在流体中的速度。

对于平板在层流条件下的运动，平板的阻力F与速度v的关系可表示为：F=0.664ηLv其中，η为流体的粘度，L为平板的特征长度，v为平板在流体中的速度。

2.湍流阻力计算公式：在湍流条件下，流体运动的速度会发生不规则变化，流体的粘度无法抗拒流动，因此湍流阻力的计算比层流阻力要复杂一些。

湍流阻力的大小与流体的密度、流体运动的速度、物体的形状以及流体的运动状态等因素有关。

根据韦伯引理，湍流阻力F与速度v的关系可以表示为：F=0.5ρC_dAv^2其中，ρ为流体的密度，C_d为流体阻力系数，A为物体的横截面积，v为物体在流体中的速度。

需要注意的是，湍流阻力系数C_d是个与物体形状和流体运动状态等有关的无量纲常数，对于不同的物体和不同的流体运动状态，在计算时需要通过实验测量或者经验公式来确定其数值。

总结：流体阻力计算公式根据流体的运动状态以及物体的形状和特性的不同可分为层流阻力和湍流阻力计算公式。

层流阻力在小球和平板的情况下可以通过斯托克斯定律来计算，而湍流阻力则需要引入流体阻力系数来计算。

流体阻力的计算对于设计物体运动、流体流动和工程应用等领域非常重要，而实际的计算涉及到更复杂的情况，需要通过数值模拟、实验与经验公式结合来完成。

湍流量的指定方法湍流强度I定义为相对于平均速度u_avg的脉动速度u^'的均方根。

小于或等于1%的湍流强度通常被认为低强度湍流，大于10%被认为是高强度湍流。

从外界，测量数据的入口边界，你可以很好的估计湍流强度。

例如：如果你模拟风洞试验，自由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。

在现代低湍流风洞中自由流湍流强度通常低到0.05%。

.对于内部流动，入口的湍流强度完全依赖于上游流动的历史，如果上游流动没有完全发展或者没有被扰动，你就可以使用低湍流强度。

如果流动完全发展，湍流强度可能就达到了百分之几。

完全发展的管流的核心的湍流强度可以用下面的经验公式计算：例如，在雷诺数为50000是湍流强度为4%湍流尺度l是和携带湍流能量的大涡的尺度有关的物理量。

在完全发展的管流中，l被管道的尺寸所限制，因为大涡不能大于管道的尺寸。

L和管的物理尺寸之间的计算关系如下：l07L=.0其中L为管道的相关尺寸。

因子0.07是基于完全发展湍流流动混合长度的最大值的，对于非圆形截面的管道，你可以用水力学直径取代L。

如果湍流的产生是由于管道中的障碍物等特征，你最好用该特征长度作为湍流长度L而不是用管道尺寸。

注意：公式Ll07=并不是适用于所有的情况。

它只是在大多.0数情况下得很好的近似。

对于特定流动，选择L和l的原则如下：对于完全发展的内部流动，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学直径流场中指定L=D_H。

对于旋转叶片的下游流动，穿孔圆盘等，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学直径流场中指定流动的特征长度为L 对于壁面限制的流动，入口流动包含了湍流边界层。

选择湍流强度和长度尺度方法并使用边界层厚度d_99来计算湍流长度尺度l，在湍流长度尺度流场中输入l=0.4d_99这个值湍流粘性比m_t/m直接与湍流雷诺数成比例(Re_t?k^2/(e n))。

Re_t在高湍流数的边界层，剪切层和完全发展的管流中是较大的(100到1000)。

基于fluent的兴波阻力计算本文主要研究内容本文的工作主要涉及小型航行器在近水面航行时的绕流场及兴波模拟和阻力的数值模拟两个方面。

在阅读大量文献资料的基础上，通过分析、比较上述领域所采用的理论和方法，针对目前需要解决的问题，选择合理的方法加以有机地综合运用。

具体工作体现在以下几个方面：1．本人利用FLUENT软件的前处理软件GAMBIT自主建立简单回转体潜器模型，利用FLUENT求解器进行计算，得出在不同潜深下潜器直线航行的绕流场、自由面形状及阻力系数的变化情况。

2．通过对比潜器在不同潜深情况下的阻力系数，论证了增加近水面小型航行器的深度可以有效降低阻力。

通过对模型型线的改动，为近水面小型航行器的型线设计提供了一定的参考。

通过改变附体形状和位置计算了附体对阻力的影响程度，为附体的优化设计提供了一定的依据。

计算模型航行器粘性流场的数值计算理论水动力计算数学模型的建立根据流体运动时所遵循的物理定律，基于合理假设（连续介质假设）用定量的数学关系式表达其运动规律，这些表达式成为流体运动的数学模型，它们是对流体运动的一种定量模型化，称为流体运动控制方程组。

根据控制方程组，结合预先给定的初始条件和边界条件，就可以求解反映流体运动的变量值，从而实现对流体运动的数值模拟预报，形成分析报告。

基于连续介质假设的流体力学中流体运动必须满足要遵循的物理定律:1) 质量守恒定律2）动量守恒定律3）能量守恒定律4）组分质量守恒方程针对具体研究的问题，有选择的满足上述四个定律。

船体的粘性不可压缩绕流运动，如果不考虑水温对水物理性质的影响，水的密度和分子粘性系数都是常数，同时没有能量的转换，就仅仅需要满足质量守恒定律、动量守恒定律。

在满足这些定律下所建立的数学模型称为Navier-Stokes方程。

另外，自由液面的存在也需要建立合适的数学模型。

本文是利用FLUENT 进行数值模拟，而软件里面关于自由液面模拟是用界面追踪方法的一种－流体体积法（VOF）,基于该方法所建立的数学模型称为流体体积分数方程。

风的湍流强度计算公式
第一种风的湍流强度计算公式：
湍流强度（TI）=1/3（Cm）×（V/Vm）^2
其中：
Vm：是经典的稳定辐射风，在相同的条件下，
这个水平风速比湍流的最大值最小，通常情况下，
Vm等于距离目标物体最近的参考点处的瞬时风速。

Cm：是湍流系数的一种度量，它可以衡量出给定目标物体的湍流强度，且在一定的范围内是恒定的，Cm可以用实验测量来获得。

第二种风的湍流强度计算公式：
湍流强度（TI）=1/2（Vz/Vzm）^2
其中：
Vzm：是湍流最大风速，以上的三维风速总和的最小值。

Vz：是湍流的风速，测量的最小值。

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