格林威治CFD介绍

格林威治CFD的核心求解器采用OpenFoam开源软件，并根据大气边界层理论进行二次开发，来实现风电场的CFD计算。其主流模块为中性大气下的RANS计算方法；同时我们还开发了考虑热稳定度的RANS方法和适用于复杂风电场的非稳态混合大涡模拟方法等。

根据中性大气边界层的假设，入口边界可采用对数风廓线：

其中，z0为地表粗糙度；kappa为冯卡门常数，通常取为0.41；Ustar为摩擦速度。计算中可以通过设置参考高度（如100m）下的参考风速（如8m/s）和当地的地表粗糙度得到摩擦速度的大小，进而得到入口风廓线的形状。在考虑大气热稳定度效应时，我们通过给定的Monin-Obukhov长度和具体的项目位置，进行一维的CFD计算，得到当地实际的风廓线形状。出口边界采用零压力梯度边界条件。地面采用无滑移边界条件。

为保证计算精度，需要控制网格的质量，并同时应尽量保证网格与地面正交。为此，我们开发了网格生成算法，并通过参数优化，实现了在复杂地形下的高质量网格的自动化生成。针对实际风电场项目，网格范围多为20kmX20km，垂直高度为3km-7km。通过网格收敛性的研究发现，针对实际风电场项目，水平网格分辨率应小于25m；垂直方向第一层网格高度为2m，叶轮面范围内垂直网格分辨率为5m-7m左右。

RANS计算我们采用SIMPLE算法，并严格控制残差的收敛，计算收敛准则如下：全场U的残差需小于3E-5，湍动能的残差需小于2.5E-6。