本文關鍵詞：精細化風場模擬在低空風切變告警系統(tǒng)中的應用

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【摘要】：低空風切變是世界公認的危害航空安全的重要天氣現(xiàn)象之一。為了預防低空風切變對飛行造成的危害,最早由美國開發(fā)的低空風切變告警系統(tǒng)(LLWAS)以其可靠的預報精度在美國本土以及世界上其他一些國家、地區(qū)得到了廣泛應用。但是由于種種客觀原因,該系統(tǒng)未在我國大陸地區(qū)得到廣泛應用。近幾年來,隨著國內(nèi)航班密度不斷增加,風切變對機場航班運行的影響越來越嚴重,不僅增大了運行保障部門工作負荷,更為飛行安全埋下了隱患。設計我國自己的低空風切變告警系統(tǒng)的需求變得越來越迫切。一套完整的低空風切變告警系統(tǒng),其預報精度不僅取決于傳感器的精度,合理的測風站陣列布局也至關重要。由于目前我國低空風切變告警系統(tǒng)仍處于研發(fā)階段,各方面技術還不成熟,系統(tǒng)測試時實地布設測風站費事費力,還有可能造成資源浪費,有必要引入計算機仿真技術實現(xiàn)布點方案輔助設計。本文采用最新一代中尺度天氣預報模式(Weather Research and Forecast,WRF),通過動力降尺度的方法與計算流體力學(CFD)軟件FLUENT耦合的方法建立了精細風場模型。選取蘭州中川機場作為研究對象,設計了一系列模擬實驗,驗證了該模型的可靠性。建立了中川機場周圍的三維地形模型,模擬了2015年4月一周的風場情況,通過對比實測數(shù)據(jù),表明該耦合模式對復雜地形機場區(qū)域風場模擬效果較好。隨后對發(fā)生在2015年的典型的8次風切變事件進行模擬,其中5次較好的模擬出風切變發(fā)生,證明了耦合模式可以滿足對風切變模擬要求。并以9月19日的風切變?yōu)槔M行了詳細分析論述。最后,對美國低空風切變系統(tǒng)的基本原理以及測風站布點原則進行了詳細介紹,提出了一套用于低空風切變告警系統(tǒng)選址評估的方法,并設計了三組布點方案的對比試驗,通過在耦合精細風場模型中進行仿真驗證,對三個方案進行了評價,說明該方法可以應用于為低空風切變告警系統(tǒng)的布點評估。
【關鍵詞】：風場模擬 WRF模式 CFD 低空風切變告警系統(tǒng)選址
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V321.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 概述11-12
• 1.2 國內(nèi)外風場模擬研究進展12-14
• 1.2.1 中尺度大氣數(shù)值模式對風場的模擬12
• 1.2.2 計算流體力學模式在小尺度風場模擬中的應用12-14
• 1.3 本文的研究內(nèi)容14
• 1.4 研究思路及創(chuàng)新點14-15
• 1.4.1 實驗方案14-15
• 1.4.2 可能的創(chuàng)新之處15
• 1.5 論文章節(jié)安排15-16
• 第2章 機場低空風切變概述16-27
• 2.1 低空風切變理論基礎16-17
• 2.2 低空風切變形成的原因17-22
• 2.2.1 雷暴引起的風切變17-18
• 2.2.2 微下?lián)舯┝鲗е碌娘L切變18-20
• 2.2.3 引發(fā)低空風切變的其他情況20-22
• 2.3 低空風切變對于民航飛行的影響22-24
• 2.3.1 起飛離地后遭遇風切變22-23
• 2.3.2 起飛滑跑遭遇風切變23
• 2.3.3 進近時遭遇風切變23-24
• 2.4 預防低空風切變危害的方法24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 復雜地形機場精細風場模擬方法27-37
• 3.1 概述27-28
• 3.2 中尺度大氣模式WRF28-32
• 3.2.1 WRF模式基本框架28-30
• 3.2.2 模式物理過程方案30
• 3.2.3 WRF數(shù)據(jù)資料30-31
• 3.2.4 WRF模式安裝及運行31-32
• 3.3 計算流體力學軟件FLUENT32-33
• 3.4 WRF與FLUENT的耦合方法33-36
• 3.4.1 復雜地形CFD三維建模技術34-35
• 3.4.2 FLUENT邊界文件的制作35-36
• 3.4.3 耦合過程中需要考慮的問題36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 中川機場精細風場模擬試驗37-53
• 4.1 基于WRF-FLUENT模式耦合精細風場模擬試驗39-42
• 4.1.1 試驗方案39-41
• 4.1.2 結(jié)果分析41-42
• 4.2 中川機場風切變模擬實驗42-52
• 4.2.1 事件回顧44
• 4.2.2 天氣過程分析44-47
• 4.2.3 背景場模擬結(jié)果分析47-49
• 4.2.4 耦合風場模型驗證49-52
• 4.3 本章小結(jié)52-53
• 第5章 低空風切變告警系統(tǒng)選址評估方法53-65
• 5.1 LLWAS介紹53-55
• 5.1.1 基本工作原理及系統(tǒng)組成53-54
• 5.1.2 LLWAS的發(fā)展54-55
• 5.2 FAA關于LLWAS選址原則55-60
• 5.2.1 選址一般考慮因素55-56
• 5.2.2 測風站的幾何布局56-60
• 5.2.3 選址的一般步驟60
• 5.3 精細風場模擬在低空風切變告警系統(tǒng)布點評估中的應用60-64
• 5.3.1 選址方案設計——以中川機場為例61-62
• 5.3.2 方案評估62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第6章 結(jié)論與展望65-67
• 6.1 主要工作與結(jié)論65
• 6.2 存在的不足與未來研究展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-71
• 附錄：關鍵腳本代碼71-84
• 1、GAMBIT三維曲面建模journal文件生成腳本71-72
• 2、FLUENT邊界文件profile生成腳本72-82
• 3、FLUNNT后臺運行journal文件生成腳本82-84
• 作者簡介84

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5 李s，

本文編號：1026660