شبیه سازی باد در یک منطقه کوهستانی فوق پیچیده به روش پیشبینی عددی هوا در نرم- افزار ورف با دقت بسیار بالا و با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده مکانیک و انرژی، دانشجوی بین دانشگاهی با دانشگاه ای پی اف ال.

2 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

امروزه پتانسیل‌سنجی انرژی باد در مناطق کوهستانی به دلیل سرمایه‌گذاری بر انرژی‌های تجدیدپذیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. استفاده از روش پیش‌بینی‌هوای عددی امکان شبیه‌سازی باد به صورت واقعی را فراهم می‌کند. در این پژوهش به کمک این روش و به طور خاص نرم‌افزار ورف ، باد در ناحیه مارتینی در کشور سوئیس شبیه‌سازی شده‌است. این شبیه‌سازی دارای دقت افقی بسیار بالا (100متر) بوده که امکان استفاده از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ را فراهم کرده است. هدف از انجام این پژوهش بررسی میزان موفقیت ورف در شبیه‌سازی باد و اثر افزایش دقت عمودی و اثر استفاده از دو مدل توربولانسی مقیاس زیر شبکه اسماگورینسکی و مدل انرژی جنبشی توربولانسی 1/5 بوده است. نتایج نشان می‌دهد که نرم‌افزار به خوبی قادر به شبیه‌سازی باد در مقایسه با داده‌های دریافتی از ایستگاه‌های اندازه‌گیری بوده و الگوی روزانه باد را به خوبی تولید کرده‌است. در منطقه‌ای که درون دره‌ای عریض و هموار قرار گرفته، دقت نتایج بسیار بالا بوده ولی در قله کوه‌ها خطای اندازه سرعت باد زیاد بوده است. در زمان وقوع بیشینه سرعت باد در قله کوه‌ها، با تغییر مدل توربولانسی مقیاس زیرشبکه از اسماگورینسکی سه بعدی به مدل انرژی جنبشی توربولانسی 1/5، خطا از 22 به 17 متر بر ثانیه و سپس با کاهش ارتفاع عمودی سلول‌ها از 47 متر به 37 متر، خطا از 17 به 7 متر بر ثانیه کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Wind Simulation in A Complex Terrain by Numerical Weather Prediction Method in WRF

نویسندگان [English]

  • Shokoufeh Malek Mohamadi 1
  • Pooyan Hashemi Tari 2
1 Department of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Exchange student with EPFL in Switzerland.
2 Department of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

To date, due to growing investment in renewable energies, researchers are interested in wind power feasibility studies for mountainous terrains. Numerical Weather Prediction (NWP) methods has proved to be a strong tool to simulate wind flow field in real time. In present study, using NWP method and in particular WRF (weather research and forecasting model) software, the wind flow, over Martigny mountainous area located in Switzerland, has been simulated and studied. Due to high resolution of the simulation, Large Eddy Simulation (LES) has been employed to perform turbulence modelling. The objective of this study is to assess the credibility of WRF in wind simulation and to examine the effect of horizontal and vertical resolutions as well as two different sub-grid scale turbulence models. The results reveal that WRF is able to generate the wind flow in comparison with those data obtained from wind measurement stations and it can properly produce diurnal wind patterns. The results also show a promising simulation for the region, located within a wide and flat valley. However, the discrepancies between the results and those obtained from the wind station, are bold for regions located at high mountainous locations and at the peaks. Smagorinsky 3d SGS turbulence model show a better performance at mountain peaks in comparison with TKE1.5 model. In addition, increasing vertical resolution reduces the discrepancy and improves WRF performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wind Simulation
  • Numerical Weather Prediction method
  • WRF software
  • Large Eddy Simulation
  • Wind Power Feasibility Study