1 地形
1.1 快速入门
建立流场模型的第一步是生成考察区域的三维模型。此项工作在地形模块中完成。但是在此之前首先必须取得该三维模型的基础数据，也就是含有地形高度和粗糙度数据的.gws格式的二维数据文件。
1.2 数字地形转换
当新建项目时，该项目首先默认读入样本grid.gws文件。.gws格式文件包含着以均匀网格形式保存的地形高度和粗糙度数据，可以通过“工具->查看地形模型”菜单项来查看。
地形数据格式的转换可通过“工具->转换地形模型”菜单项完成。“转换地形模型*工具仍在不断开发中。当然，也可以使用自己的转换工具来直接将地形模型文件转换为.gws格式，详见： WindSim地形数据格式。
1.3 属性
1.3.1 地形范围
(1)坐标系
grid.gws文件中的坐标系可使用任何一种全局正交坐标系，在文件中被称为system 3。生成三维模型后，将在左下角引入局部坐标系统。之后在对象模块中放置对象时既可选择采用全局坐标系统也可选择局部坐标系统。
(2) X范围和Y范围
分别指东西和南北方向的范围。由于应尽量避免插值，我们指定的某个坐标可能会有微小的改变，以其最近的节点表示。默认的范围是grid.gws文件中的最大和最小的值域范围(m)。
(3) 投影
全局坐标系统。WindSim将根据给出的投影系统、椭球体和带号信息计算出EPSG码，并保存在grid.gws文件中，以便在导出WindPro和Google Earth文件中使用。
1.3.2 地面粗糙度
默认情况下，粗糙度是从grid.gws文件读入的。当然也可以通过属性窗口粗糙度选项为整个模型设定一个非零的全局粗糙度定值。粗糙度高度以对数率定义如下：
其中：
为 风速；为摩擦速度；为冯·卡门常数，等于0.435；为垂直方向的坐标；为地面粗糙度。
1.3.3 数值模型
(1) 网格加密类型
默认情况下水平方向不进行网格加密。如果指定加密区域，那么在该区域进行网格加密操作。默认的网格加密区域为整个地形区域的中心位置，加密区域的网格为均匀分布，而趋向边界时，网格尺寸以一定的增加量逐渐扩大。网格加密的设置方案以文件的形式保存在当前项目的dtm文件夹中，名为simple_refinement.bws。.bws格式的文件为障碍物设置或网格加密设置文件，若以后需要采用相同的网格加密方案可直接载入相应的.bws文件。
a. 网格加密区域, X-范围和Y-范围
东西和南北方向的网格加密范围。默认情况下，网格加密区域位于参与计算的整个地形区域的中心位置，且加密区域边长为整个地形计算范围各边长的三分之一。
b. 网格加密/障碍物文件
网格加密文件和障碍物文件的规范， 语法和范例。
c. 驱动盘
驱动盘的概念主要在于将风机模拟为一个能为空气流动提供动力的圆盘，而该圆盘提供的动力与实际风机提供的动力相等。利用WindSim，我们可以将风电场里的风机模化为一系列的驱动盘。
(2) 地形以上高度
地形以上高度是指三维模型中最高点与模型上边界之间的垂直距离。为了设置一个合理的高度值,必须平衡两个看似矛盾的要求。一方面，在垂直方向上的节点分布必须尽可能密以得到精确结果，特别是靠近地面区域 (参见高度分布因子和Z方向上的网格数量)。这个意味着模型的上边界应尽量靠近地面。然而，另一方面，如果上边界太靠近地面，气流通过山丘时会又会产生阻塞效应。一般来说，模型横贯东西和南北方向的空区比应大于0.95, 亦即(最小空区面积)/(最大空区面积)>0.95。
若将地形以上高度设置为自动，软件会根据空区比的要求自动计算该高度值。然而，在某些情况下自动设置也会失效。例如它无法捕捉到山脊刚好位于模型对角线上的情形。因为在这种情形下，沿着东西和南北方向空区并没有太大的变化。但这种情况下，特别是当入流气流垂直于山脊时，可能会发生阻塞效应。对于孤立的岛屿和山峰也会出现类似的情况，随着整个模型区域的增大，上边界的高度将减小，在某些极端情形下也就可能出现阻塞效应。
当然，也可以手动指定该高度值。
(3) 对象文件
每台风机都可以模拟为一个驱动盘。风电场的布局可通过对象文件(.ows)载入，并且在WindSim对象模块中必须载入相同的风电场布局，这样就要求我们必须在地形模块和对象模块中载入相同的对象文件。在使用驱动圆盘时注意，在完成地形模块运行后，我们应转入对象模块（使用与驱动圆盘相同的.ows）运行，然后再运行风场模块。
(4) 间隔数
设计计算网格时，将叶轮直径细分为若干间隔作为参考长度，它也是风电场范围内水平和垂直方向的最小网格分辨率。网格将逐步地从风电场区域向领域的边界和顶部扩大。默认值为16，已经证明这个值可使离散误差降低到可以接受的范围，因此，建议保持间隔数为16或者更高。
(5)水平方向网格划分
a. 最大网格数量
三维模型由nx × ny × nz个网格单元组成。Z方向的网格数量通过Z方向网格数量来设定。而X和Y方向上的网格数量则需要满足 nx × ny × nz < 最大网格数量。如果采用了网格加密方案，软件将自动对地形进行插值使模型网格单元的数量约等于设定的最大允许网格数量。而如果只采用均匀网格方案，软件将不对地形进行插值，而只提取原始地形文件中的格点数据，因而会模型的范围有少许的修改。如图2所示。
网格单元数量与对应的网格分辨率可在地形报告的3D模型选项中找到。计算所需的时间随网格数量的增加呈指数增长的关系。可以考虑通过风场模块中描述的嵌套技术将较大的模型分割为多个较小的模型，或者使用网格加密技术来缩短计算所需的时间。
b. 水平分辨率
如果网格加密采用加密区域的方案，网格将通过给定Z方向的网格单元数和加密区域的水平分辨率，以及加密区域外的网格扩展分布因子来构建。
(6)水平网格扩展因子
网格在水平方向上的扩展由增加长度 与加密区域的水平分辨率的比率来控制。
(7) 高度分布因子
垂直方向上的网格分布为等差数列。高度分布因子是地表第一层网格尺寸与和模型顶层网格尺寸之比。垂直方向上网格的分布可在地形报告中的三维模型部分查看，高度分布因子的默认值是0.1。
(8) z方向网格数量
垂直方向网格数量，默认值为20。
(9)正交化三维网格
网格正交化是一种改善坡度较大的地形的计算收敛性的技术。默认情况下网格线是不正交的，网格在垂直方向上一直向上直接延伸。激活正交化网格之后，网格在垂直方向沿曲线延伸，使其与地面正交。通过这种方式，即便在倾斜度较大的区域也能确保网格正交。当倾斜度大于50 °时建议激活正交化三维网格选项。当正交化三维网格激活时，整体模拟时间将较长。
默认设置为否，即不激活正交化网格。
1.4 平滑
1.4.1 平滑类型
地形平滑有多种平滑方式。针对某些特殊地形，风场模块无法求得收敛的解决方案。平滑地形可作为应对发散的方法之一。相邻两个网格的坡度的巨大变化是导致发散的原因之一，这种网格常见于谷底或者山峰。当这些地区并不作为风机的备选机位时，那么就可以接受平滑地形对计算结果的微小影响。请谨慎使用平滑地形，切忌过度的改变重要区域的地形。报告中会显示地形的二阶导数，以及平滑前后的高差。请仔细检查，确保没有过度改变重要区域的地形。
(1) 双线性平滑
双线性平滑是一种线性平滑技术，其相继沿横坐标轴和纵坐标轴进行平滑处理。
(2) 双线性平滑
高斯平滑是一种面平滑技术，其根据相邻网格点高斯权重进行平滑处理。 通常情况下高斯平滑比双线性平滑的效果更为明显。比如两座山中间的山口，称作为鞍点，其沿横轴的二阶导数为正，沿纵轴的二阶导数为负，对特定地形平滑限值，双线性平滑可能会无法对其进行处理。地形平滑限值 坡度的变化率可以用高程的二阶导数表示。软件将对所有二阶导数超过地形平滑限值的地区进行平滑处理，使其二阶导数小于地形平滑限值。
1.4.2 地形平滑限值
坡度的变化率可以用高程的二阶导数表示。软件将对所有二阶导数超过地形平滑限值的地区进行平滑处理，使其二阶导数小于地形平滑限值。
1.4.3 平滑半径
平滑半径用来定义执行地形平滑的范围，其圆心为计算模型的中心，其值介于0和1之间，当其为1时，半径为计算模型中心至边角的距离。
1.4.4 逐步平滑类型
逐步平滑类型用于控制平滑半径内外区域的平滑强度。通过地形平滑限值、平滑半径和逐步平滑类型进行设置可以组合出多种平滑形式。
1.4.5 内部逐步平滑
在平滑半径以内，平滑强度从圆心逐渐加强至平滑半径，在平滑半径以外，强度保持不变，见示意图。
1.4.5 外部逐步平滑
在平滑半径以内，不进行平滑处理，在平滑半径以外，强度从平滑半径逐渐加强至计算模型边界，见示意图。
1.5 森林
默认情况为不考虑森林。可通过将grid.gws文件中的粗糙度高度与给定的森林特性相联系来激活森林模型，请参考下面的说明。
粗糙度高度
通过粗糙度高度来指定森林区域。给定粗糙度高度值之后，所有具有该粗糙度高度的区域都将建立森林模型。
森林高度
森林模型的高度。默认值为30(米)。
森林孔隙率
森林的孔隙率，取值范围为0到1。全开放区域的孔隙率为1，完全封闭区域则为0。
森林阻力系数C1
森林阻力系数C1用于表征阻力和风速之间的比例关系，即S1 = -ρC1U
森林阻力系数C2
森林阻力系数C2用于表征阻力和风速平方之间的比例关系, 即S2 = -ρC2U|U|
森林的湍流源
在KE和EP传输方程中引入了湍流的源项。如Sanz (2003) [1] and Katul (2004) [2]，在形式上模型通过修改模型参数，使之与标准k-&epsilon模型中的默认常量相匹配来实现。
Sk = C2 (βP|U|3 - βD|U|k)
Sε = C2 (Cε4 βP(ε/k)|U|3 - Cε5 βD|U|ε)
其中:
βP = 1.0
βD = 6.51
Cε4 = 1.24
Cε5 = 1.24
只有在风场模块中使用GCV或者GCV并行求解器时才会应用湍流源。
Z方向上森林网格数量
森林模型在垂直方向上的网格数目。网格为均匀分布。森林上方的剩余网格数目为Z方向上网格数量- Z方向上森林网格数量。垂直方向网格分布可在地形报告中的三维模型部分查看。
来源：WindSim软件概述