Matlab实现风力涡轮机尾流仿真：P-RANS模型

资源摘要信息:"抛物方程matlab代码-P-RANS:用于风力涡轮机尾流仿真的抛物线RANS模型" 该资源提供了使用MATLAB编写的代码，用于模拟风力涡轮机尾流。该模型是基于抛物线近似法求解轴对称形式的雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 方程。RANS是一种计算流体动力学模型，用于分析流体流动和湍流。 1. RANS模型：RANS是流体动力学中的一种模型，广泛应用于工程和科学研究，特别是对于涉及湍流的问题。RANS通过求解Navier-Stokes方程组中的时间平均量来预测流体流动。它利用雷诺分解将流体变量分解为时间平均和瞬时部分，然后对瞬时方程进行时间平均处理，以获得控制方程。通过引入湍流模型（如k-ε模型、k-ω模型或混合长度模型等），对湍流效应进行建模和闭合。 2. 抛物线近似法：这是一种数学方法，用于求解抛物线方程。在流体动力学中，抛物线近似法常用于简化计算，特别是在涉及尾流和喷流等具有方向性流动特性的模拟中。这种方法假设流动沿着某个方向的传播远快于其他方向，允许沿着主要流动方向进行问题的简化和求解。 3. 混合长度和一方程模型：混合长度模型是描述湍流粘性的一种简单方法，它假设湍流粘性与平均流动场中某点到壁面的距离（混合长度）成正比。一方程模型是一种湍流模型，它需要解一个附加的输运方程，通常是关于一个标量（如湍流动能k）的方程。 4. 大涡模拟（LES）：LES是一种用于模拟湍流流动的数值技术，它直接求解较大尺度的涡流，而较小尺度的涡流则通过亚格子尺度模型进行参数化。LES与直接数值模拟（DNS）和雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）方法不同，它的计算量介于两者之间，适用于那些需要比RANS更准确的结果但又无法承担DNS计算成本的场合。 5. 湍流闭合：湍流闭合是计算流体动力学中的一个关键概念，它涉及到如何在求解Navier-Stokes方程时对湍流的效应进行建模。正确的湍流闭合能够确保模拟结果的准确性和可靠性。 6. 涡轮机建模：在该代码中，通过改进的执行器圆盘法模拟了涡轮机。这种建模方法基于叶片元素动量理论，可以预测涡轮机的空气动力学特性，以及其性能随风向变化的情况。 7. 涡轮机性能模拟：代码允许用户模拟多达10个风力涡轮机的性能，用户可以调整涡轮的叶尖速度比、直径以及涡轮之间的间距，以此来研究它们对尾流及涡轮机性能的影响。 8. 环境参数：该程序提供了一种方法来改变大气湍流水平，这意味着用户可以根据实际情况设定不同的风速和风向，从而进行更贴近现实情况的模拟分析。 9. 系统开源：该代码是开源的，意味着用户可以自由地使用、修改和分享这段代码，以便于进一步研究和开发。 在使用该MATLAB代码时，Windows用户需要下载并安装Matlab运行时环境，以便能够在没有安装MATLAB的情况下运行程序。代码来源于Iungo和Santhanagopalan等人的研究，可以在相关文献中找到代码的详细描述和应用。 该资源为风能领域的研究人员和工程师提供了强大的工具，以模拟和优化风力涡轮机的设计和布局，从而提高风力发电效率，并减少涡轮机之间的相互干扰。通过模拟风力涡轮机尾流，可以更好地理解尾流对涡轮机性能的影响，从而在设计中采取相应的措施来减轻不利影响。