Aplicación de diferentes modelos de turbulencia simulando flujo de viento en terreno complejo: un estudio de caso para el sitio de prueba WindForS
Autores: Knaus, Hermann; Hofsäß, Martin; Rautenberg, Alexander; Bange, Jens
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Aplicación de diferentes modelos de turbulencia simulando flujo de viento en terreno complejo: un estudio de caso para el sitio de prueba WindForS
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Modelo
Flujo de viento
Terreno complejo
Turbulencia
Esfuerzo de Reynolds
Dosel
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta un modelo para la simulación del flujo de viento en terreno complejo basado en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas de Reynolds (RANS). Para la descripción de la turbulencia, se aplican el modelo k- estándar, el modelo k- de grupo de renormalización (RNG) y un modelo de turbulencia de esfuerzo de Reynolds. Se implementan términos adicionales en las ecuaciones de momento para describir la estratificación de la atmósfera terrestre y para tener en cuenta las fuerzas de Coriolis generadas por la rotación de la Tierra, así como la fuerza de arrastre debida al dosel forestal. Además, se añaden términos de producción y disipación de turbulencia a las ecuaciones de turbulencia para el modelo de dos ecuaciones, así como para los modelos de esfuerzo de Reynolds, con el fin de capturar diferentes tipos de uso del suelo. Los enfoques de los modelos de turbulencia se verifican mediante un caso de prueba de dosel homogéneo con terreno plano y altura de bosque constante. La validación de los modelos se realiza investigando el sitio de prueba de viento WindForS. Los resultados de la simulación se comparan con las mediciones de velocidad de sonda de cinco orificios utilizando sistemas portadores de sensores aéreos multipropósito (MASC) (aeronaves de investigación pequeñas no tripuladas)-UAV en diferentes ubicaciones para el régimen principal de viento. Además, los esfuerzos de Reynolds medidos con anemómetros sónicos en un mástil eólico meteorológico a diferentes alturas se comparan con los resultados de la simulación utilizando el modelo de turbulencia de esfuerzo de Reynolds.
Descripción
Se presenta un modelo para la simulación del flujo de viento en terreno complejo basado en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas de Reynolds (RANS). Para la descripción de la turbulencia, se aplican el modelo k- estándar, el modelo k- de grupo de renormalización (RNG) y un modelo de turbulencia de esfuerzo de Reynolds. Se implementan términos adicionales en las ecuaciones de momento para describir la estratificación de la atmósfera terrestre y para tener en cuenta las fuerzas de Coriolis generadas por la rotación de la Tierra, así como la fuerza de arrastre debida al dosel forestal. Además, se añaden términos de producción y disipación de turbulencia a las ecuaciones de turbulencia para el modelo de dos ecuaciones, así como para los modelos de esfuerzo de Reynolds, con el fin de capturar diferentes tipos de uso del suelo. Los enfoques de los modelos de turbulencia se verifican mediante un caso de prueba de dosel homogéneo con terreno plano y altura de bosque constante. La validación de los modelos se realiza investigando el sitio de prueba de viento WindForS. Los resultados de la simulación se comparan con las mediciones de velocidad de sonda de cinco orificios utilizando sistemas portadores de sensores aéreos multipropósito (MASC) (aeronaves de investigación pequeñas no tripuladas)-UAV en diferentes ubicaciones para el régimen principal de viento. Además, los esfuerzos de Reynolds medidos con anemómetros sónicos en un mástil eólico meteorológico a diferentes alturas se comparan con los resultados de la simulación utilizando el modelo de turbulencia de esfuerzo de Reynolds.