H1.4. 大气边界层测试

此示例基于德国 WTG 文件中的大气边界层 (ABL) 测试： 第 3 委员会实况报告 - 风流数值模拟，第 9.1 章（见参考资料）。 在每次数值模拟之前，用户应该通过在空洞中进行大气边界层检查来检查入口处的大气边界层是否到达结构。 这不仅会影响速度的分布，还会影响湍流量的分布。 该方法不仅适用于稳态 (RANS) 计算，也适用于瞬态 (URANS, LES) 计算。 下面的文章将介绍欧洲规范 EN 1991-1-4 中定义的 I 到 IV 四种地形的速度场、湍流动能场和湍流耗散率场的发展过程。 垂直各向异性湍流参见章节 6.3.1，使用 RANS k-ω SST 湍流模型。

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• 大气边界层测试

WTG 9.1中ABL示例的总结：

与 WTG 中的 ABL 算例相比，在 RWIND 中观察到的结果存在差异，这可以归因于与输入定义和边界条件相关的几个重要因素。

• 入口剖面： WTG 中的入口剖面没有明确规定，ESDU 信息对粗糙度等级 I 到 IV 的描述过于一般。 这会导致与预期的大气边界层 (ABL) 特性存在偏差。

• 边界条件不明确：示例中没有明确指定边界条件，这对于准确再现来流至关重要。

• 隧洞的几何形状：未提供隧洞的宽度。 在整个 3D 领域还是简化的 2D 领域进行模拟会产生直接影响，这会直接影响流体流动行为和湍流的发展。

• 网格分辨率：缺少有关网格密度（包括 y+ 值）的详细信息，使得难以评估近壁建模精度和湍流分辨率的质量。

• 湍流建模： 湍流动能 (k) 被视为一个变量，与 WTG 中规定的固定值（公式 27）相反。 这种不一致性会进一步导致速度和湍流分布的偏差。

在 RWIND 中，入口剖面保持方面的其他差异是由边界条件实现的当前限制引起的：

1. 上边界:使用滑移条件而不是应用恒定剪应力或速度、k、ε或 ω 的固定值。 一方面，这对建筑物周围的影响很小。 这个问题可以通过在 RWIND 4 中进行相对简单的更新来解决。
2. 隧洞底部附近：边界条件为无滑移，表面不粗糙。 这对于关注风舒适性和更长的进近距离的模拟尤其重要。 在当前用户情况下，由于默认的隧道尺寸，产生的偏差是有限的，但更精确的解决方案是在未来的版本 (RWIND 4) 中实现基于空气动力学表面粗糙度的壁面函数，尽管更复杂。