一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法，本发明专利技术将人工射流在大气中的流动分为了可压缩流动和不可压缩流动，通过分别计算可压缩流动区域和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，能够得知人工射流扰动逆温层的范围和强度，本方法能够精确的计算出较小尺度下逆温层的扰动范围和强度，能够为机场、桥梁、高速公路除云除雾、治理城市大气污染提供一套整体解决方案，并且本方法相对于其它治理方式具有成本较低、使用灵活、效果明显等优势。

A method to calculate the range and intensity of the inversion layer disturbed by man-made air flow in a small scale

The invention discloses a method for calculating the range and intensity of artificial jet disturbance inversion layer in a small scale. The flow of artificial jet in the atmosphere is divided into compressible flow and incompressible flow. By calculating the flow field transient equations of compressible flow area and incompressible flow area respectively, the range and intensity of artificial jet disturbance inversion layer can be known The method can accurately calculate the disturbance range and intensity of inversion layer in a small scale, and can provide a set of overall solutions for airport, bridge, highway cloud and mist removal and urban air pollution control. Compared with other treatment methods, the method has the advantages of low cost, flexible use and obvious effect.

【技术实现步骤摘要】
一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法
本专利技术属于逆温层扰动范围测算领域，具体涉及一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法。
技术介绍
逆温层是指大气对流层中气温随高度增加的现象的层带。一般情况下，对流层中气温随高度增加而降低，但由于气象和地形条件影响，有时会出现气温随高度增加而升高的现象。由于逆温层的存在，造成局部大气上热下冷，阻碍了空气垂直运动的发展，使大量烟尘、污染物、水汽凝结物等聚集在它的下面，使能见度变差，加剧空气污染，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生雾霾天气，有的甚至造成严重的大气污染事件。现在能够利用一种人工强气流喷射装置来扰动逆温层，但人工气流对逆温层扰动范围和强度如何确定，目前还没有一种成熟的算法来计算。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法，能够准确的对扰动逆温层的范围和强度进行计算。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：步骤一，根据人工射流的速度，将人工射流沿着中心线在一定高度范围内，当流动马赫数大于0.3时，作为可压缩流动区域，当流动马赫数小于0.3时，作为不可压缩流动区域；步骤二，通过湍流模型对可压缩流动区域进行模拟，得到可压缩流动区域内基于密度的流场瞬态方程；步骤三，通过湍流模型对不可压缩流动区域进行模拟，通过基于压力的稳态求解得到不可压缩流动区域的流场瞬态方程；步骤四，结合可压缩流动区域内的流场瞬态方程和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，得到人工气流扰动逆温层的范围和强度。步骤二中，对可压缩流动区域进行模拟的湍流模型采用SSTk-ω模型。步骤二中，湍流模型内输入人工射流距地距离、人工射流的喷射口径、可压缩流动区域的边界距离。步骤二中，湍流模型对可压缩流动区域进行模拟，得到可压缩区域的网格，通过网格模拟可压缩流动区域内基于密度的流场瞬态方程。步骤三中，对不可压缩流动区域进行模拟的湍流模型采用k-ω模型。不可压缩流动区域采用倒锥形的渐变区域，在模拟时，在射流中心采用加密结构网格，射流中心的两侧区域采用非结构网格。与现有技术相比，本专利技术将人工射流在大气中的流动分为了可压缩流动和不可压缩流动，通过分别计算可压缩流动区域和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，能够得知人工射流扰动逆温层的范围和强度，本方法能够精确的计算出较小尺度下逆温层的扰动范围和强度，能够为机场、桥梁、高速公路除云除雾、治理城市大气污染提供一套整体解决方案，并且本方法相对于其它治理方式具有成本较低、使用灵活、效果明显等优势。附图说明图1为人工射流扰动逆温层的示意图；图2为可压缩射流验证算例计算区域和计算网格的示意图；图3为图2中左下角的局部放大图；图4为可压缩射流验证算速度云图；图5为可压缩射流验证算例射流轴线速度分布图；图6为可压缩计算区域及边界条件设置示意图；图7为人工强气流可压缩射流区域计算网格示意图；图8为图7中右下角的局部放大图；图9为人工强气流可压缩射流区域流场示意图；图10为人工强气流可压缩射流不同高度上的速度廓线图；图11为人工强气流可压缩射流不同高度上的速度廓线图；图12为人工强气流装置射流不可压缩计算区域及边界条件示意图；图13为人工强气流装置不可压缩射流区域计算网格图；图14为图13底部的局部放大图；图15为人工强气流装置不可压缩射流区域流场图；图16为人工强气流不可压缩射流口附近区域流场图；图17为射流沿中心轴线的速度变化曲线图；图18为不同高度上的速度廓线图；图19为不同高度上的速度廓线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。参见图1，本专利技术包括以下步骤：步骤一，根据人工射流的速度，将人工射流沿着中心线在一定高度范围内，当流动马赫数大于0.3时，作为可压缩流动区域，当流动马赫数小于0.3时，作为不可压缩流动区域；步骤二，通过湍流模型对可压缩流动区域进行模拟，得到可压缩流动区域内基于密度的流场瞬态方程；步骤三，通过湍流模型对不可压缩流动区域进行模拟，通过基于压力的稳态求解得到不可压缩流动区域的流场瞬态方程；步骤四，结合可压缩流动区域内的流场瞬态方程和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，得到人工气流扰动逆温层的范围和强度。由于人工射流喷口的速度比较大，射流沿着中心线在一定高度范围内属于可压缩流动，当流动马赫数小于0.3后才进入不可压流动区域。这就决定了不同的流场区域必须采用不同的控制方程进行模拟计算。本专利技术模拟了人工射流喷口速度为常数时流动机理，分析了射流中心速度沿高度的变化规律以及射流的影响范围。可压缩区域除了求解连续性方程、动量方程还必须求解能量方程以及气体状态方程，而不可压缩区域只需求解连续性方程和动量方程。为了验证本专利技术选取的湍流模型以及计算方法对可压缩射流流动的适用性，运用下面的例子对可压缩射流流动就行了验证。本次验证例子选取的具体计算参数见表1。表1可压缩射流验证算例几何尺寸及边界条件可压缩射流验证算例的计算区域及网格见图2，由于网格比较密集，全局网格很难看清具体特征。所以射流出口的网格细部在图3中做了显示。图4给出了可压缩射流验证算例的射流流场图，速度单位为m/s，流动由喷口喷出后，射流速度在复杂膨胀波的作用下出现了明显的波动，出现了马赫盘。离开喷口一段距离后射流中心速度才呈现沿射流中心线逐渐减小的特征。定量的射流速度沿中心线的变化规律见图5。本专利技术得到的可压缩射流势核长度为0.33m，与同样的条件下实际的射流势核长度0.36m相比，相对误差为8.33％，误差较小，在合理的范围内，说明本专利技术选取的湍流模型以及计算方法对于可压缩射流的模拟是有效可靠的。人工射流可压缩段湍流模型为SSTk-ω模型，计算采用基于密度的瞬态求解方法，流体为理想气体。在本专利技术中，人工射流装置喷口离地2m，喷口的直径大小为0.5m。计算区域以及边界条件的设置见图6。图6中的边界为人工射流装置尾流射流管。边界条件除了人工射流装置射流管为压力入口，其它边界均为压力出口，入口压力为4.2atm，出口压力为1atm，射流周围的环境温度为288K。人工射流装置可压缩射流计算区域的网格以及喷口附近的局部网格如图7所示，由图8的细部的网格图可以看出，本次计算根据计算需要综合应用了非结构网格和结构网格，射流中心区域的网格比较密集，根据形体变化采用了非结构网格。在本次模拟中射流以一定速度从喷口喷出后，可压缩段的射流速度都是先波动然后再沿射流中心轴线衰减，与验证算例的规律一致，如图9所示。在可压缩射流流场中形成了明显的马赫盘效应。尽管射流速度随高度减小了，但是射流的影响范围随着高度增加逐步扩大，射流影响区域成倒锥形。图10和图11显示了不同高度上的人工射流装置可压缩射流速度廓线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，根据人工射流的速度，将人工射流沿着中心线在一定高度范围内，当流动马赫数大于0.3时，作为可压缩流动区域，当流动马赫数小于0.3时，作为不可压缩流动区域；/n步骤二，通过湍流模型对可压缩流动区域进行模拟，得到可压缩流动区域内基于密度的流场瞬态方程；/n步骤三，通过湍流模型对不可压缩流动区域进行模拟，通过基于压力的稳态求解得到不可压缩流动区域的流场瞬态方程；/n步骤四，结合可压缩流动区域内的流场瞬态方程和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，得到人工气流扰动逆温层的范围和强度。/n

【技术特征摘要】
1.一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据人工射流的速度，将人工射流沿着中心线在一定高度范围内，当流动马赫数大于0.3时，作为可压缩流动区域，当流动马赫数小于0.3时，作为不可压缩流动区域；
步骤二，通过湍流模型对可压缩流动区域进行模拟，得到可压缩流动区域内基于密度的流场瞬态方程；
步骤三，通过湍流模型对不可压缩流动区域进行模拟，通过基于压力的稳态求解得到不可压缩流动区域的流场瞬态方程；
步骤四，结合可压缩流动区域内的流场瞬态方程和不可压缩流动区域的流场瞬态方程，得到人工气流扰动逆温层的范围和强度。


2.根据权利要求1所述的一种计算较小尺度内人工气流扰动逆温层范围和强度的方法，其特征在于，步骤二中，对可压缩流动区域进行模拟的湍流模型采用SSTk-ω模型。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟晟，朱飙，
申请(专利权)人：西安逆流环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61