×

干中性大气边界层大涡模拟中RAMS对网格间距和网格纵横比的敏感性。 (英语) Zbl 1390.76147号

摘要:大涡模拟(LES)在许多对再现大气边界层(ABL)湍流感兴趣的研究领域中被确立为一种常用的建模工具。然而,大涡模拟结果在很大程度上取决于数值方案、子网格模型和计算网格的组合,它们对模拟的影响应该进行检查。本工作的重点是评估网格间距对使用区域大气模拟系统(RAMS)(一种常用的中尺度模式)实现的理想中性ABL的LES的影响。为此,已经执行了九个具有不同网格分辨率和其他相同设置的模拟。网格由三个不同的水平面(64、32、16)组合而成m) 和垂直(16、8、4m) 间距,覆盖的域为(4096乘4096乘1024,m)。根据动量通量、水平速度和速度方差的平均剖面,以及速度谱和速度场的瞬时快照,对结果进行了后处理。分析表明,采用具有足够精细水平间距和宽高比的计算网格,可以很好地模拟湍流,从而减轻RAMS数值和子网格模型组合对解的潜在不利影响。根据目前的结果,水平间距小于约30建议m用于检查的区域,建议长宽比为4,同时应避免较大和较小的值。当使用不同纵横比时,发现中性ABL的RAMS LES受到湍流动能过度耗散的影响。

理学硕士:

76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
76N20号 可压缩流体和气体动力学的边界层理论
86A10美元 气象学和大气物理学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Ackerman,A.S。;Vanzanten,M.C。;史蒂文斯,B。;Savic-Jovcic,V。;布雷瑟顿,C.S。;Chmond,A.,《细雨蒙蒙的层积云顶海洋边界层的大涡模拟》,Mon Weather Rev,137,31083-1110,(2009)
[2] 安德烈,A。;A.布朗。;梅森,P。;格拉芙,J。;舒曼,美国。;Moeng,C.-H.,《中性分层边界层的大涡模拟:四种计算机代码的比较》,Q J Roy Meteor Soc,120,520,1457-1484,(1994)
[3] Asselin,R.,《时间积分的频率滤波器》,《Mon Weather Rev》,第100、6、487-490页,(1972年)
[4] Avissar,R。;Eloranta,E.W。;Gürer,K。;Tripoli,G.J.,《区域大气模拟系统在模拟对流边界层时大涡模拟选项的评估:FIFE案例研究》,《大气科学杂志》,55,7,1109-1130,(1998)
[5] Avissar,R。;Schmidt,T.,《利用大涡模拟评估地面热流补丁影响对流边界层的尺度》,《大气科学杂志》,55,16,2666-2689,(1998)
[6] Bertoldi,G。;库斯塔斯,W.P。;Albertson,J.D.,使用大涡模拟评估异质土地上飞机通量测量的源区贡献,Bound-Lay Meteorol,147,2,261-279,(2013)
[7] Bou-Zeid,E。;Meneveau,C。;Parlange,M.B.,非均匀表面中性大气边界层流动的大涡模拟:混合高度和有效表面粗糙度,水资源研究,40,2,(2004)
[8] Brasseur,J.G。;Wei,T.,《设计湍流边界层的大涡模拟以捕获球尺度定律》,《物理流体》,22,2,(2010)·Zbl 1183.76109号
[9] 布伦塞尔,N.A。;Mechem,D。;Anderson,M.,通过能量平衡划分对边界层动力学的表面异质性影响,Atmos Chem Phys,11,7,3403-3416,(2011)
[10] 蔡,X。;陈,J。;Desjardins,R.L.,对流边界层中的通量足迹:大涡模拟和拉格朗日随机建模,边界层气象,137,1,31-47,(2010)
[11] 蔡,X。;Steyn博士。;Gartshore,I.,《大涡模拟中大气表层的分解尺度湍流》,Bound-Lay Meteorol,75,3,301-314,(1995)
[12] Cai,X.-M.,理想化不规则城市表面对流边界层的大涡模拟,Q J Roy Meteor Soc,125,556,1427-1444,(1999)
[13] Cai,X.-M.,壁面加热对街道峡谷流动特性的影响,Bound-Lay Meteorol,142,3443-467,(2012)
[14] 蔡晓明。;Steyn,D.,《大涡模拟确定的von Kármán常数》,《束缚流星报》,78,1-2,143-164,(1996)
[15] 卡拉夫,M。;Meneveau,C。;Meyers,J.,充分发展的风力涡轮机阵列边界层的大涡模拟研究,Phys Fluids,22,1,015110,(2010)·Zbl 1183.76123号
[16] Chow,F.K。;街道,R.L。;薛,M。;Ferziger,J.H.,用于中性边界层流动大涡模拟的显式滤波和重建湍流建模,《大气科学杂志》,62,7,2058-2077,(2005)
[17] Clark,T.L.,使用地形跟随坐标变换的小规模动态模型,《计算物理杂志》,24,2,186-215,(1977)·Zbl 0369.76025号
[18] 康泽米乌斯,R.J。;Fedorovich,E.,剪切对流边界层夹带动力学。第一部分:方法背景和大规模模拟,《大气科学杂志》,63,4,1151-1178,(2006)
[19] 棉花,W.R。;Pielke Sr,R。;瓦尔科,R。;Liston,G。;特伦巴克,C。;Jiang,H.,Rams 2001:现状和未来方向,《气象大气物理》,82,1-4,5-29,(2003)
[20] 库罗,D。;Drobinski,P。;布鲁内特,Y。;拉卡雷雷,P。;Talbot,C.,小风中浮力驱动对流边界层表面非均匀性的影响,边界层气象,124,3,383-403,(2007)
[21] 崔,Z。;蔡,X。;J Baker,C.,街道峡谷湍流的大涡模拟,Q J Roy Meteor Soc,130,599,1373-1394,(2004)
[22] Deardorff,J.W.,中性和不稳定行星边界层的数值研究,大气科学杂志,29,1,91-115,(1972)
[23] Deardorff,J.W.,卷吸混合层湍流的三维数值研究,边界层气象,7,2,199-226,(1974)
[24] Deardorff,J.W.,从三维模型导出的地层堆积混合层,Bound-Lay Meteorol,18,4,495-527,(1980)
[25] 埃科拉尼,G。;哥伦比亚特区戈尔。;Garcia-Sancez,C。;科尔巴里,C。;Mancini,M.,RAMS和WRF对干对流边界层大涡模拟中网格间距的敏感性,计算流体,123,54-71,(2015)·Zbl 1390.86031号
[26] Gal Chen,T。;Somerville,R.C.,《关于使用坐标变换求解Navier-Stokes方程》,《计算物理学杂志》,17,2,209-228,(1975)·Zbl 0297.76020号
[27] Garratt,J.R.,《大气边界层》(1994),剑桥大学出版社
[28] Gibbs,J.A。;Fedorovich,E.,从大范围模拟和天气研究及预测模型数据中检索的对流边界层速度谱的比较,《应用气象气候杂志》,53,2,377-394,(2014)
[29] Gousseau,P。;布洛克,B。;Van Heijst,G.,《立方体建筑周围污染物扩散的大涡模拟:通过非稳态浓度和速度统计分析湍流质量传输机制》,《环境污染》,167,47-57,(2012)
[30] Grant,A.,《近中性大气边界层的湍流结构》,《大气科学杂志》,49,3,226-239,(1992)
[31] 哈德菲尔德,M。;棉花,W。;Pielke,R.,对流边界层中热强迫循环的大涡模拟。第一部分:零风小尺度环流,Bound-Lay Meteorol,57,1-2,79-114,(1991)
[32] 哈德菲尔德,M。;棉花,W。;Pielke,R.,对流边界层中热强迫环流的大涡模拟。第二部分:波长和风速变化的影响,Bound Lay Meteorol,58,4307-327,(1992)
[33] 黄洪云(Huang,H.-Y.)。;Margulis,S.A.,《完全耦合的大涡模拟陆地表面模型的评估及其对陆地大气反馈的诊断》,《水资源研究》,46,6,(2010)
[34] 黄洪云(Huang,H.-Y.)。;Margulis,S.A.,土壤水分异质性长度尺度和梯度对白天耦合陆地云边界层相互作用的影响,水文过程,(2012年)
[35] 黄,J。;Bou-Zeid,E.,稳定大气边界层中的湍流和垂直通量。第一部分:大规模模拟研究,《大气科学杂志》,70,6,1513-1527,(2013)
[36] 哈钦斯,N。;Marusic,I.,湍流边界层对数区域中非常长的曲流特征的证据,《流体力学杂志》,579,1-28,(2007)·Zbl 1113.76004号
[37] 神田,M。;稻垣祯一,A。;莱泽尔,M.O。;Raasch,S。;Watanabe,T.,LES对涡流协方差通量能量不平衡问题的研究,Bound-Lay Meteorol,110,3,381-404,(2004)
[38] Kirkil,G。;Mirocha,J。;Bou-Zeid,E。;Chow,F.K。;Kosovic,B.,《使用WRF进行大规模模拟的动态子过滤器尺度应力模型的实施和评估》,《Mon Weather Rev》,140,1,266-284,(2012)
[39] 林,C.-L。;莫恩,C.-H。;沙利文,P.P。;McWilliams,J.C.,《表面粗糙度对中性分层行星边界层流动中流动结构的影响》,《物理流体》,9,11,3235-3249,(1997)
[40] 刘,Y。;崔,G。;王,Z。;Zhang,Z.,澳门市中心风场和污染物扩散的大涡模拟,Atmos Environ,45,17,2849-2859,(2011)
[41] 刘,Y。;苗,S。;张,C。;崔,G。;Zhang,Z.,大涡模拟与中尺度模式耦合研究微大气环境,J Wind Eng Ind Aerod,107,106-117,(2012)
[42] 刘,Y。;华纳,T。;刘,Y。;文森特,C。;Wu,W。;Mahoney,B.,《风能应用从天气尺度到LES尺度的同步嵌套建模》,《风力工程与工业航空杂志》,99,4,308-319,(2011)
[43] 卢,H。;Porté-Agel,F.,《用于大涡模拟的调制梯度模型:应用于中性大气边界层》,Phys-Fuids,22,1,015109,(2010)·Zbl 1183.76328号
[44] 卢,H。;Porté-Agel,F.,《风电场对对流大气边界层的影响》,Bound-Lay Meteorol,157,1,81-96,(2015)
[45] 路德维希,F.L。;Chow,F.K。;Street,R.L.,湍流模型和空间分辨率对中性边界层流动大涡模拟中分辨率速度结构和动量通量的影响,《应用气象气候杂志》,48,6,1161-1180,(2009)
[46] Markkanen,T。;斯坦菲尔德,G。;Kljun,N。;Raasch,S。;Foken,T.,《传统拉格朗日随机足迹模型与LES驱动足迹估算的比较》,Atmos Chem Phys,9,15,5575-5586,(2009)
[47] 梅辛格,F。;Arakawa,A.,《大气模型中使用的数值方法》,第1卷,全球大气研究计划,世界气象组织,日内瓦(瑞士)。,第1卷(1976年)
[48] Michioka,T。;Chow,F.K.,复杂地形大气边界层流动标量输送的高分辨率大涡模拟,《应用气象气候杂志》,47,12,3150-3169,(2008)
[49] Mirocha,J。;伦德奎斯特,J。;Kosovic,B.,高级研究WRF模型中用于大涡模拟的非线性子过滤器湍流应力模型的实现,Mon Weather Rev,138,11,4212-4228,(2010)
[50] 莫恩,C。;杜迪亚,J。;克莱姆·J。;Sullivan,P.,使用WRF模型检查PBL大涡模拟的双向网格嵌套,Mont Weather Rev,135,6,2295-2311,(2007)
[51] Moeng,C.-H.,研究行星边界层湍流的大范围模拟模型,大气科学杂志,41,13,2052-2062,(1984)
[52] 莫恩,C.-H。;Sullivan,P.P.,剪切和浮力驱动的行星边界层流动的比较,大气科学杂志,51,7,999-1022,(1994)
[53] 莫宁,A。;Obukhov,A.,大气表层湍流混合的基本规律,苏联科学院地球物理研究所,151163-187,(1954)
[54] 穆尼奥斯·埃斯帕尔扎,D。;科索维奇,B。;Mirocha,J。;van Beeck,J.,《在数值天气预测模型中架起从中尺度湍流到微尺度湍流的桥梁》,Bound-Lay Meteorol,153,3,409-440,(2014)
[55] 西泽,S。;Yashiro,H。;佐藤,Y。;宫本,Y。;Tomita,H.,大涡模拟中网格纵横比对行星边界层湍流的影响,Geosci Model Dev,8,10,3393-3419,(2015)
[56] Nottrott,A。;Kleissl,J。;Keeling,R.,用WRF大涡模拟模拟大气边界层中的被动标量色散,Atmos Environ,82,172-182,(2014)
[57] 派瓦,L。;Bodstein,G.C。;Menezes,W.F.,使用RAMS对孤立和植被覆盖的山丘上的大气边界层流动进行数值模拟,J Wind Eng Ind Aerod,97,9,439-454,(2009)
[58] 巴顿,E.G。;沙利文,P.P。;Moeng,C.-H.,理想化非均匀性对耦合到陆地表面的干湿行星边界层的影响,大气科学杂志,62,7,2078-2097,(2005)
[59] Pedersen,J.G。;凯利,M。;格里宁,S.-E。;地板,R。;Batchvarova,E。;Peña,a.,对流边界层大涡模拟与风激光雷达测量的比较,Adv Sci Res,8,1,83-86,(2012)
[60] 彼得克,R。;棉花,W。;瓦尔科,R.e.a。;特雷姆巴克,C.J。;莱昂斯,W.A。;Grasso,L.,综合气象建模系统-RAMS,Meteorol Atmos Phys,49,1-4,69-91,(1992)
[61] 皮诺,D。;维拉·盖罗·德·阿雷拉诺,J。;Duynkerke,P.G.,《切变对对流边界层演变的贡献》,《大气科学杂志》,60,16,1913-1926,(2003)
[62] Pope,S.B.,湍流,(2000),剑桥大学出版社·Zbl 0802.76033号
[63] 阿格尔港,F。;Meneveau,C。;Parlange,M.B.,《大涡模拟的尺度相关动力学模型:在中性大气边界层中的应用》,《流体力学杂志》,415261-284,(2000)·Zbl 0978.76043号
[64] 阿格尔港,F。;吴永泰。;Chen,C.-H.,《风向对大型风电场中涡轮机尾流和功率损失影响的数值研究》,能源,6,10,5297-5313,(2013)
[65] 阿格尔港,F。;吴永泰。;卢,H。;Conzemius,R.J.,《通过风力涡轮机和风电场的大气边界层流动的大涡模拟》,《风力发电工业航空杂志》,99,4,154-168,(2011)
[66] Robert,A.J.,原始气象方程的低阶谱形式的积分(原始气象方程低阶谱的球谐积分),《气象学会杂志》,44,237-245,(1966)
[67] Sagaut,P.,《不可压缩流动的大涡模拟》(2002),Springer·Zbl 1020.76001号
[68] Shao,Y。;刘,S。;Schween,J.H。;Crewell,S.,《非均匀表面上的大涡大气-陆地表面建模:模型开发与测量对比》,《边界层气象》,1-24,(2013)
[69] 沈,Z。;王,B。;崔,G。;Zhang,Z.,三维建筑阵列上的流型和污染物扩散,Atmos Environ,116202-215,(2015)
[70] 斯科马洛克,W。;克莱姆·J。;杜迪亚,J。;Gill博士。;Barker,D.,对WRF第3版高级研究的描述。NCAR技术,技术报告,(2008)
[71] Smagorinsky,J.,《原始方程的一般环流实验:I.基本方程》,《Mon Weather Rev》,91,3,99-164,(1963)
[72] 斯坦菲尔德,G。;莱泽尔,M.O。;Raasch,S。;神田,M。;Inagaki,A.,《单塔测量的空间代表性和涡流协方差通量的不平衡问题:大涡模拟研究的结果》,Bound-Lay Meteorol,123,1,77-98,(2007)
[73] Stull,R.B.,《边界层气象学导论》(1988年),Kluwer学术出版社·Zbl 0752.76001号
[74] 沙利文,P.P。;McWilliams,J.C。;Moeng,C.-H.,行星边界层流动大涡模拟的亚脊尺度模型,边界层气象,71,3,247-276,(1994)
[75] 沙利文,P.P。;Moeng,C.-H。;史蒂文斯,B。;伦肖,D.H。;Mayor,S.D.,覆盖对流大气边界层的夹带带结构,大气科学杂志,55,19,3042-3064,(1998)
[76] 沙利文,P.P。;Patton,E.G.,网格分辨率对大涡模拟生成的对流边界层统计和结构的影响,《大气科学杂志》,68,10,2395-2415,(2011)
[77] 塔尔博特,C。;Bou-Zeid,E。;Smith,J.,《使用WRF的嵌套中尺度大涡模拟:真实测试案例中的性能》,《水文气象杂志》,第13、5、1421-1441页,(2012年)
[78] Timmermans,W。;Bertoldi,G。;Albertson,J。;Olioso,A。;苏,Z。;Gieske,A.,根据RS观测数据估算通量时大气边界层变化的解释,国际遥感杂志,29,17-18,5275-5290,(2008)
[79] Y.Tominaga。;Mochida,A。;村上,S。;Sawaki,S.,各种修正的k-ε模型和LES在高层建筑模型周围流动的比较,1:1:2形状放置在表面边界层内,J Wind Eng Ind Aerod,96,4,389-411,(2008)
[80] Y.Tominaga。;Stathopoulos,T.,《街道峡谷污染扩散的Cfd模型:LES和RANS之间的比较》,《风力工程与工业航空杂志》,99,4,340-348,(2011)
[81] 特伦巴克,C。;G.的黎波里。;Arritt,R。;棉花,W。;Pielke,R.,区域大气模拟系统,计算机技术开发应用国际会议论文集,环境研究,601-607,(1986),计算力学出版物,Rewood Burn Ltd
[82] 特伦巴克,C。;Walko,R.,RAMS区域大气建模系统6.0版,用户指南简介,(2006),科罗拉多州博尔德ATMET有限责任公司
[83] 的黎波里,G。;Cotton,W.,科罗拉多州立大学三维云/中尺度模型-1982。第一部分:一般理论框架和灵敏度实验,《Recherches Atmos杂志》,16,185-220,(1982)
[84] Tseng,Y.-H。;Meneveau,C。;Parlange,M.B.,《利用大涡模拟模拟钝体周围的水流并预测城市扩散》,环境科学技术,40,8,2653-2662,(2006)
[85] 瓦尔科,R。;Tremback,C.,RAMS技术说明,(2001)
[86] Walko,R.L。;棉花,W.R。;Pielke,R.A.,丘陵地形对对流边界层影响的大涡模拟,Bound-Lay Meteorol,58,1-2,133-150,(1992)
[87] 吴,P。;Meyers,J.,《高雷诺数湍流边界层对数区域亚脊尺度应力的约束:对数层失配问题的解决方案》,Phys Fluids,25,1,015104,(2013)
[88] 吴永泰。;Porté-Agel,F.,《风电场内部和上方湍流模拟:模型验证和布局效果》,Bound-Lay Meteorol,146,2,181-205,(2013)
[89] 谢振泰。;Castro,I.P.,《城市街道流量和扩散的大涡模拟》,Atmos Environ,43,13,2174-2185,(2009)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。