CFD验证——Askervein山¶
实验简介¶
Askervein山实验是针对复杂地形的经典基准测试案例。该基准测试是国际能源署（IEA）项目，由 Taylor 和 Teunissen 于 1982 年[1] 和 1983 年[2]年完成。其测风数据完整很高，是用来验证大气边界层 CFD 模型的最合适的资料。Askervein山位于苏格兰南外赫布里底群岛中的南尤伊期特岛西岸。如图 1（a）所示，Askervein 山高 116 米且几乎呈椭圆形（长轴达约 2000 米，短轴达约 1000 米）。该山山体相对平缓，坡度一般低于 20 度。西南地形平坦，东北地形则比较复杂。如图 1（b）所示，实验中沿 A 线、AA 线和 B 线分布了约 40 个测风塔。这三条线的交点位于山顶（HT）和中心点（CP）。测风塔位置处的测风数据可以用来验证 CFD 求解器的准确性。
结果与分析¶
下图对比了沿着A 线、AA 线和 B 线地表以上 10 米高度处的加速因子。
风加速因子定义如下：
可见格林威治 CFD 的结果与所测数据基本吻合。如图 2（a）所示，线 A 两侧的最大差值为约 0.14，且出现在山顶。格林威治 CFD 稍微高估了 Askervein 山背风面的风加速因子（约 0.07）。这些现象在已有的商业软件，例如 WindSim [3,4] 以及自主开发的 CFD 求解器 [5]中均存在。并且对比可以发现，他们得到的风加速因子与实验数据的差别更大，这表明格林威治 CFD 是进行风工程计算的可靠的工具。此外，应注意的是，网格质量和湍流模型对预测背风面风速的影响是十分明显的，应对其加以考虑 [3,4,5]。图2（b）展示了沿着AA 线的风加速因子对比，可知格林威治 CFD 的结果与实测数据吻合较好。图 2（c）展示了沿着B线的风加速因子分布，格林威治 CFD 相对低估，但需要考虑到所测得的数据的不确定性。
参考文献¶
Example
[1] Taylor P A, Teunissen H W. ASKERVEIN’82: Report on the September/October 1982 experiment to study boundary layer flow over Askervein, South Uist, Report: MSRS-83-8, Technical Report, Meteorological Services Research Branch Atmospheric Environment Service 4905 Dufferin Street, Downsview, Ontario, Canada M3H 5T4.
[2] Taylor P A, Teunissen H W. The Askervien Hill Project: Report on the September/October 1983, main field experiment Report: MSRS-84-6, Technical Report, Meteorological Services Research Branch Atmospheric Environment Service 4905 Dufferin Street, Downsview, Ontario, Canada M3H 5T4.
[3] Ramechecandane S, Gravdahl A R. Numerical investigations on wind flow over complex terrain.Wind Engineering, 2012, 36(3): 273-295.
[4] Jerome Leroy, Stage ingeneur.Wind field simulations at Askervein hill.Internal Study, October 1999.
[5] Castro F A, Palma J, Lopes A S. Simulation of the Askervein Flow.Part 1: Reynolds Averaged Navier–Stokes Equations.Boundary-Layer Meteorology, 2003, 107(3): 501-530.