CN115270551A - 一种高速电梯导流罩选择方法 - Google Patents

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CN115270551A CN202210813653.6A CN202210813653A CN115270551A CN 115270551 A CN115270551 A CN 115270551A CN 202210813653 A CN202210813653 A CN 202210813653A CN 115270551 A CN115270551 A CN 115270551A
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傅军平
陈栋栋
于晓
李东鑫
戴洁强
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Abstract

本发明提出了一种高速电梯导流罩选择方法，涉及电梯技术领域，通过结合RANS和LES数值模拟方法，既解决了RANS法仅针对单一问题、计算量较小的问题，又避免了LES法需要庞大的计算机储存能力和计算能力的问题；以嵌入式RANS/LES混合方法为基础，采用合成涡方法生成交界面的湍流信息，计算轿厢在井道中运行时气压变化，然后根据实际要求构造若干特征的导流罩模型，再将模型导入Fluent软件对进行三维建模仿真，得到在不同结构导流罩的仿真结果，对比各种模型并优化外形，最终得到最优的导流罩作为选取参考。

Description

一种高速电梯导流罩选择方法
技术领域
本发明涉及电梯技术领域，尤其涉及一种高速电梯导流罩选择方法。
背景技术
随着高层建筑规模的不断扩大，对高速电梯的速度要求不断提高，但电梯乘客不适的问题逐渐变得突出，其中一个重要原因是电梯轿厢内外的气压差不平衡。电梯运行过程中的气压补偿可以有效地减小气压差，保证电梯平稳、舒适地运行。工程上为了减小电梯运行过程中产生的气动阻力，在轿厢上下分别加装导流罩是首选的方法，选用合适的导流罩不仅可以提高高速电梯运行过程的气动性能，还能降低高速电梯运行过程中井道内气体的阻力产生的额外电梯运行能耗，同时改善井道内空气气流的状态以及减小高速电梯运行过程中产生的噪声。因此，电梯轿厢导流罩的选取对于提高电梯安全性能和乘客乘坐舒适度是非常重要的。
现有研究中，电梯导流罩的选取方法主要有经验法和计算法两种，经验法主要是设计人员根据已有的多种简单结构的导流罩进行对比，选择实际效果最好的导流罩，经验法主要是选取条件简单且工作量小，但是实际使用效果有待提升。计算法是基于湍流的数值模拟方法，从理论上模拟湍流运动。目前的湍流数值模拟方法可以分为直接数值模拟方法和非直接数值模拟方法，前者是直接求解瞬时湍流控制方程，难度较大，而后者是不直接计算湍流的脉动特征，而是对湍流作某种程度的近似和简化处，难度较小，非直接数值模拟方法主要有大涡模拟(Large Eddy Simulation，LES)、直接数值模拟(Direct NumericalSimulation，DNS)和(Reynolds Average Navier-Stokes，RANS)雷诺平均模拟。DNS法虽然不需要任何模型直接求解N-S方程，精度也高但是对计算机内存容量和机时耗费巨大，成本太高；LES法同样需要庞大的计算机储存能力和计算能力，而且只适用于比较简单的剪切流运动及管流，RANS法对于不同类型的湍流需要不同的模型和参数，但是计算量较小，仅针对单一问题而言，RANS法能更容易地解出湍流的统计量，而且几乎能面向所有的工程问题。
综上，本专利以嵌入式RANS/LES混合方法为基础，采用合成涡方法生成交界面的湍流信息，计算轿厢在井道中运行时气压变化，然后根据实际要求构造若干特征的导流罩模型，再将模型导入Fluent软件对进行三维建模仿真，得到在不同结构导流罩的仿真结果，对比各种模型并优化外形，最终得到最优的导流罩作为选取参考。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种高速电梯导流罩选择方法，基于嵌入式RANS和LES的混合方法，相比传统整体式方法降低了RANS对LES的影响，促进了LES的发展。
本发明的技术方案是这样实现的：提供了一种高速电梯导流罩选择方法，包括以下步骤：
S1，根据RANS/LES混合模型理论计算湍流模型；
S2，根据模型得到的特征参数信息构建若干导流罩模型；
S3，根据导流罩模型构建三维仿真模型；
S4，在Fluent中预设流场区域并对所述仿真模型进行仿真，得到仿真计算结果；
S5，根据所述仿真计算结果，不断优化外形，从最终的导流罩模型中确定效果最好的导流罩外形轮廓，用于实际选取作参考。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S1具体包括：
对传统湍流模型RANS和LES进行改造，将LES区嵌入RANS区：壁面附近由RANS模化；远场分离区的RANS模型方程转化为类亚格子模式的形式；
以RANS/LES混合方法为基础，采用合成涡方法生成交界面的特征参数信息。
更进一步优选的，步骤S1还包括：
以RANS/LES混合方法为基础，采用合成涡方法生成交界面的特征参数信息具体为：
假设目标脉动速度是由空间的若干个随机分布的点涡共同诱导产生的：
Figure BDA0003740253220000031
Xk(t+dt)＝Xk(t)+U·dt (22)
N和Xk(Xk＝(xk,yk,zk))分别为为空间点涡的总数和三维坐标，U为流动的时均速度，dt是时间步长，u′是目标脉动速度，f为点涡诱导速度分布的形函数：
Figure BDA0003740253220000032
Figure BDA0003740253220000033
式中，σ为交界面每个单元的长度尺度，直接采用RANS的计算结果，V为点涡诱导速度，表征脉动强度的重要随机变量ε如下：
ε∈(-1,1) (25)
平均脉动速度值<u′j>与雷诺应力张量的分量<u′iv′j>为：
<u′j>＝0 (26)
Figure BDA0003740253220000034
更进一步优选的，步骤S1还包括：
脉动速度场：
要与目标流场物理契合：也就是说，它的能谱、长度尺度和各向异性程度要尽可能接近目标流场；
必须满足时间关联性：在数值模拟中，每一个时间步长都有新的脉动速度添加到交界面。
更进一步优选的，步骤S1还包括：
采用如下步骤进一步优化脉动速度场：
S10，从DNS或实验数据库中提取出各项异性程度最大位置的雷诺应力张量，对于展向流动不明显的算例，直接选取<u′v′>绝对值最大处；
S20，计算雷诺应力张量的特征主方向；
S30，将点涡和交界面单元的空间坐标均旋转到该主方向，运用所述合成涡方法得到新坐标系下的脉动速度场；
S40，将脉动速度旋转回原始坐标系下；
S50，进一步用DNS或实验得到的脉动速度型曲线中波浪形实线，即<u′v′>的分布，在壁面方向规约主分量，得到最终的湍流脉动速度场。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S2具体为：根据RANS/LES混合模型理论构造不同的导流罩模型，包括锥形导流罩、梯形导流罩和椭球型导流罩。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S3具体为：根据实际的电梯运行环境建立井道-电梯仿真模型，模型建立完毕后，导入到Fluent中，并用Gambit进行网格划分，计算区域取为从气流入口到气流出口的整个流场，不采用单通道流域的方式，对于复杂的流道，计算中网格采用电梯轿厢非结构化网格，将模型进行网格划分；
在Gambit中预设置流体入口面、出口面、流体壁面以及轿厢实体壁面的边界条件，然后在Fluent中导入网格文件后设置其他边界条件和参数。
优选的，步骤S3还包括：
其他边界条件和参数包括：
参考的环境压力：101kPa即一个标准大气压；
流体入口边界条件：压力入口，压力大小与环境压力一致；
流体出口边界条件：压力出口，压力大小与环境压力一致；
轿厢顶和底的边界类型：移动刚体；
轿厢侧壁边界类型：变形刚体；
设置流体属性：理想气体；
其他设置：均采用默认仿真数据类型。
本发明的一种高速电梯导流罩选择方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)利用了RANS/LES混合湍流模型计算法对电梯运行过程中轿厢内外的流体进行分析，采用合成涡方法生成RANS和LES交界面脉动信息的嵌入式混合方法，相比传统整体式方法，嵌入式方法通过人为事先划分RANS和LES区域，在二者交界面附加额外的湍流脉动信息以实现降低RANS对LES的影响，促进LES发展的目的，额外湍流脉动信息的合理与否对嵌入式方法的最终模拟结果有着根本性的影响。同时分析了应用不同导流罩下影响乘运质量的多个因素，对多个特征指标进行了测定，提高了数据的可信度，避免了因为数据不全而导致的错误判断。
(2)无需实体测试导流罩的效果，就能有效为目标电梯选择合适的导流罩。不同结构的导流罩均可进行仿真模拟比较，而且可以根据需求进行外形微调，在同一类形状的导流罩前提下寻找最优的外形轮廓，本发明可广泛应用于电梯的设计、制造、维护等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种高速电梯导流罩选择方法的步骤流程图；
图2为本发明的一种高速电梯导流罩选择方法的构建导流罩外形示意图；
图3为本发明的一种高速电梯导流罩选择方法的构建三维仿真模型示意图；
图4为本发明的一种高速电梯导流罩选择方法的Fluent流体仿真图；
图5为本发明的一种高速电梯导流罩选择方法的分类仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明公开了一种电梯导流罩的选择方法，方法包括以下步骤：利用RANS/LES混合模型理论计算湍流模型；根据模型得到的特征参数信息构建若干类导流罩模型；根据导流罩模型构建三维仿真模型，导流罩仿真模型可以是已有的外形也可以是自定义外形，并可进行微调；在Fluent中预设流场区域并对所述仿真模型进行仿真，得到仿真计算结果；根据所述仿真计算结果，不断优化外形，从最终的导流罩模型中确定效果最好的导流罩外形轮廓，用于实际选取作参考。
高速电梯在井道内运行时，井道内气流速度较慢，气流速度属于低马赫数流动，不必考虑空气的压缩性。井道中的气流被视为不可压缩粘性流体。三维不可压缩气流由连续性方程和N-S动量方程描述。
连续性方程：
Figure BDA0003740253220000061
动量方程：
Figure BDA0003740253220000071
式中，xi、xj为直角坐标的分量，ui、uj为瞬时速度分量(i,j＝1,2,3)，ρ为空气密度，p为气压，μeff为有效粘度系数；
将三个坐标方向的瞬时速度表示成时均值与脉动值之和，带入式(1)，再对该式做时均运算得：
Figure BDA0003740253220000072
式中，x,y,z为直角坐标，u,v,w分别是流体在x,y,z三个方向的速度，
Figure BDA0003740253220000077
为时均速度，u′,v′,w′为脉动速度；
简化后得到下式：
Figure BDA0003740253220000073
式(4)表明湍流速度的时均值仍然满足连续性方程。
将x,y,z方向的动量方程为例，作类似上面的处理，可以得到x,y,z方向的雷诺时均方程如下：
Figure BDA0003740253220000074
Figure BDA0003740253220000075
Figure BDA0003740253220000076
式中，ρ1为流体的密度，p1为流体的静压，υ为湍流黏度系数；
湍流模型实际上就是将湍流脉动值的附加项与时均值联系起来，由于电梯轿厢内还存在旋转气流和低雷诺兹数的壁面流动，此处采用RNGk-ε双方程湍流模型，k方程如下：
Figure BDA0003740253220000081
ε方程如下：
Figure BDA0003740253220000082
式中，xi、xj为直角坐标的分量，ui、uj为瞬时速度分量(i,j＝1,2,3)，αk、αε为对应湍流动能k和损耗率ε的普朗克数，取αk＝αε＝1.39；C1ε＝1.42，C2ε＝1.68；Gk为湍流动能k的产生项；μeff为有效粘度系数，表达式如下：
μeff＝μ+μt (10)
式(10)中，
Figure BDA0003740253220000083
Cμ为常数，μ为湍流黏度值。取0.0845；
Figure BDA0003740253220000084
式(11)中，η0＝4.38，β＝0.012；
Figure BDA0003740253220000085
Eij的表达式如下：
Figure BDA0003740253220000086
RANS法对于不同类型的湍流需要不同的模型和参数，但是计算量较小，因此本发明采用RANS/LES混合模型。
通过对传统湍流模型的简单改造，它们能够根据湍流长度尺度和网格疏密分布自动划分RANS区和LES区：壁面附近由RANS模化，尽可能降低计算量；远场分离区RANS模型方程转化为类亚格子模型的形式，显著降低了湍流黏性，起到了类似LES隐式滤波的效果。
与整体式方法不同，嵌入式混合方法需要事先人为将若干LES区嵌入全场的RANS区，这里嵌入的目的是让最终的RANS和LES分区交界面尽可能与流向垂直，即“LES在RANS之后”，从而保证了流动方向与从RANS到LES信息传递方向的一致性，这样在二者交界面能够更为合理更为容易地引入额外的湍流信息来促进LES区的湍流进一步向下游发展这种方法特别适用于一些几何外形相对简单的局部精细流动模拟。
对于嵌入式的混合方法而言，在上游RANS区即为标准SST两方程模型：
Figure BDA0003740253220000091
Figure BDA0003740253220000092
Figure BDA0003740253220000093
式中，υt为涡黏系数，υ为湍流黏度系数，|S|为剪应力张量的常数项，a1为特定常数，Pk为湍流生成项，F1和F2为混合函数，与点到壁面的距离有关，σk、σω2、β2、α、β1均为经验系数；
在下游LES区即为Yoshizawa亚格子模式：
FDES＝1 (16)
Figure BDA0003740253220000094
式中，FDES为改进系数，Lt为模型中的湍流长度尺度，Δ＝(ΔxΔyΔz)1/3为亚格子长度尺度，CDES为DES常数，一般取0.6左右；
另外由于嵌入式混合方法中RANS区和LES区沿流向依次分布，上游RANS产生的过大湍动能直接冲击下游LES区，其不利影响甚至超过了整体式混合方法。因此有必要对交界面处的湍动能进行限制：
kinterface＝0.8kRANS (18)
其中kinterface为交界面处的k值，即紊流脉动动能，kRANS为上游区的k值；
比耗散率则由Smagorinsky亚格子模式表征：
Figure BDA0003740253220000101
其中ωinterface为交界面处的ω值，即频率，kRANS为上游区的k值；Cs为Smagorinsky常数，Cμ为近壁阻尼系数，Δ为过滤尺度，Lsgs为长度量。
利用RANS/LES混合模型理论计算湍流模型时，由于上述的这种“LES在RANS之后”的嵌入式方法让下游LES区直接承接上游RANS的模化结果必须辅之以额外的湍流脉动信息抵消其不利影响。即在二者的交界面，有：
(uj)interface＝(uj)RANS+a·u′j (20)
式中，a为小于1的常数，这是由于添加的湍流脉动速度分量u′j，在交界面附近产生了额外的速度梯度，相当于改变了动量方程的源项，导致最终得到的脉动强度往往比预期的要大。这样，选用一种正确的、合理的方法生成交界面的湍流脉动速度成为运用嵌入式混合方法的核心所在，除了生成的脉动场平均值为零外，它还应当满足下面2个最基本的条件：
1)脉动速度场要与目标流场物理契合。也就是说，它的若干物理特性，如能谱、长度尺度和各向异性程度等要尽可能接近目标流场；
2)脉动速度场必须满足时间关联性。在数值模拟中，每一个时间步长都有新的脉动速度添加到交界面，而这些脉动速度不可能是时间独立的“白噪声”。
合成涡方法是生成湍流脉动的一种简洁高效的方法。该方法假设目标脉动速度是由空间的若干个随机分布的点涡共同诱导产生的，可写做：
Figure BDA0003740253220000102
Xk(t+dt)＝Xk(t)+U·dt (22)
N和Xk(Xk＝(xk,yk,zk))分别为为空间点涡的总数和三维坐标，U为流动的时均速度，u′是目标脉动速度，经过时间步长dt后，点涡坐标运动了Udt(交界面坐标不变)，在新的位置重新计算在交界面的诱导速度，保证了每个时间步的二维脉动场与上个时间步结果的时间关联。f为点涡诱导速度分布的形函数：
Figure BDA0003740253220000111
Figure BDA0003740253220000112
式中，σ为交界面每个单元的长度尺度(也是计算该单元脉动速度时点涡产生的最大诱导距离)，可直接采用RANS的计算结果。V为点涡诱导速度，另外还有一个表征脉动强度的重要随机变量ε：
ε∈(-1,1) (25)
即以50％概率取值为1或-1。这样最终脉动速度场的期望(平均脉动速度值)<u′j>与方差(雷诺应力张量的分量)<u′iv′j>为：
<u′j>＝0 (26)
Figure BDA0003740253220000113
也就是主分量均为1(实际应用中可根据情况将其放大或缩小)的各项同性速度场。对于一些已有DNS或实验结果的经典算例来说，还可采用如下步骤进一步优化脉动速度场：
1)从DNS或实验数据库中提取出各项异性程度最大位置的雷诺应力张量。对于展向流动不明显的算例，可直接选取<u′v′>绝对值最大处。
2)计算该参考应力张量的特征主方向。
3)将点涡和交界面单元的空间坐标均旋转到该主方向，运用上文的合成涡方法得到新坐标系下的脉动速度场(仍为各项同性)。
4)将脉动速度旋转回原始坐标系下，此时得到与步骤1)中提取应力张量相符的各项异性场，但其主分量在每个坐标轴方向上都是不变的，并未考虑到实际算例中壁面的影响。
5)进一步用DNS或实验得到的脉动速度型曲线中波浪形实线(即为<u′v′>的分布)在壁面方向规约主分量，得到最终的湍流脉动速度场。
根据RANS/LES混合模型理论构造不同的导流罩模型，例如目前最常用的锥形导流罩、梯形导流罩和椭球型导流罩，也可以自行设计导流罩的外形。同时可以根据实际情况微调导流罩的具体外形轮廓，如图2所示；
将构造好的导流罩外形进行三维实体建模用于流体仿真，如图3所示；
根据实际的电梯运行环境建立井道-电梯仿真模型，模型建立完毕后，导入到Fluent中，并用Gambit进行网格划分。考虑到电梯井道和轿厢模型各流动参数沿周向分布有流动不均匀现象，为了避免出现负体积错误，计算区域取为从气流入口到气流出口的整个流场，不采用单通道流域的方式。对于复杂的流道，计算中网格采用电梯轿厢非结构化网格，将模型进行网格划分。
在Gambit中可以先预设置流体入口面、出口面、流体壁面以及轿厢实体壁面等边界条件，然后在Fluent中导入网格文件后设置其他边界条件和参数：
1).参考的环境压力：101kPa，即一个标准大气压；
2).流体入口边界条件：压力入口，压力大小与环境压力一致；
3).流体出口边界条件：压力出口，压力大小与环境压力一致；
4).轿厢顶和底的边界类型：移动刚体；
5).轿厢侧壁边界类型：变形刚体；
6).设置流体属性：理想气体；
7).其他设置：均采用默认仿真数据类型。
仿真中，需要定义电梯轿厢在一定长度的电梯井道中的运行速度和方向。这些在Fluent接给出设置的界面。因此编写、编译并导入UDF程序只能根据Fluent用户自定义函数(UDF)接口。默认将电梯的额定速度设置为6.0m/s，电梯在距离井道顶500mm的位置电梯向下运行并忽略加速、减速过程，设定电梯运行距离为108m，即总运行时间为18s，按以上逻辑和参数编写UDF程序，在Fluent中进行编译并导入到数据文件中。
边界条件和各参数设置完毕后进行初始化操作，然后开始模拟仿真电梯运动过程，中途可以随时暂停并查看气压变化结果，如图4所示。
由于模拟的模型网格和运动参数都比较复杂，计算结果中会包含大量参数的数据，而全部分析这些数据会耗费大量时间和精力，因此综合各方面因素，确定以下参数作为模拟结果的主要参考指标：
(1)电梯轿厢所受空气阻力F
通过分析整个运行过程中电梯轿厢所受阻力曲线，可以较直观的得到电梯轿厢的受力规律，并为高速电梯的设计提出有价值的参考意见。
(2)电梯轿厢阻力耗功率P阻及其整个运行过程耗能量W
电梯轿厢耗功率能准确的描述出电梯在不同时刻由于轿厢受到的阻力而消耗的功率，对电梯的设计有重要意义。其计算公式如下：
P阻＝F×Vt (28)
式中Vt为电梯轿厢的瞬时速度。
整个运行过程耗能量直观的反映出电梯在不同面积电梯井道通风口的工况下的整体耗能量，其计算公式为：
Figure BDA0003740253220000131
(3)井道顶部通风口的流量G1和底部通风口的流量G2及通风口截面平均流速v1和v2
需要分析当井道通风口的面积发生变化时对电梯轿厢运行的影响，得到通风口在不同工况不同时间的通风效率。G1和G2可以直接从计算结果中读取，以流入井道为正，流出为负。v1和v2的计算公式为：
Figure BDA0003740253220000141
式中s为该工况下电梯井道通风口的面积，ρ0为空气密度。
(4)井道顶通风口和井道底通风口在整个运行过程中的累计流量G1和G2
该指标能较简单直观的比较出不同工况下通风口在整个运行过程下的通风效率，便于电梯设计人员参考。该值的计算公式如下：
Figure BDA0003740253220000142
根据RANS/LES混合模型理论确定仿真的各参数和边界条件，将电梯的运动状态(速度大小、方向)等前提条件在Fluent中设置好后，进行仿真模拟。待仿真结束后，进行后处理，得到所有需要的特征参数，然后根据仿真的模拟结果分别将气压云图及各种特征参数值列表并比较，若时间允许每次仿真可进行多次，结果取其均值。计算得到的结果如图5所示；
从图5可以看出，相比于锥形导流罩和梯形导流罩，椭球形导流罩在轿厢顶部和底部气压变化更为平稳，变化最大值不超过20Pa，轿厢四周壁面的气流也更加平滑流畅；椭球型导流罩轿厢内部基本没有气压变化，这说明椭圆形导流罩在减小气流从轿厢顶部与井道壁间的狭缝的过程中的局部阻力有很明显的效果，而锥形和梯形导流罩均有不同程度的气流干扰，可能会对乘客造成耳鸣或者其他不适影响，椭球型导流罩下，轿厢运动耗能最少，通风量较多，说明导流效果更好，如果要微调导流罩的外形轮廓，可以考虑从椭球型导流罩入手。以上结果说明了本文所提的基于RANS/LES混合湍流模型计算及Fluent模拟仿真的导流罩选择方法是电梯导流罩外形设计分析的有效手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，根据RANS/LES混合模型理论计算湍流模型；
S2，根据模型得到的特征参数信息构建若干导流罩模型；
S3，根据导流罩模型构建三维仿真模型；
S4，在Fluent中预设流场区域并对所述仿真模型进行仿真，得到仿真计算结果；
S5，根据所述仿真计算结果，不断优化外形，从最终的导流罩模型中确定效果最好的导流罩外形轮廓，用于实际选取作参考。
2.如权利要求1所述的高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：
对传统湍流模型RANS和LES进行改造，将LES区嵌入RANS区：壁面附近由RANS模化；远场分离区的RANS模型方程转化为类亚格子模式的形式；
以RANS/LES混合方法为基础，采用合成涡方法生成交界面的特征参数信息。
3.如权利要求2所述的高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：所述步骤S1还包括：
以RANS/LES混合方法为基础，采用合成涡方法生成交界面的特征参数信息具体为：
假设目标脉动速度是由空间的若干个随机分布的点涡共同诱导产生的：
Figure FDA0003740253210000011
Xk(t+dt)＝Xk(t)+U·dt (22)
N和Xk(Xk＝(xk,yk,zk))分别为为空间点涡的总数和三维坐标，U为流动的时均速度，dt是时间步长，u'是目标脉动速度，f为点涡诱导速度分布的形函数：
Figure FDA0003740253210000021
Figure FDA0003740253210000022
式中，σ为交界面每个单元的长度尺度，直接采用RANS的计算结果，V为点涡诱导速度，表征脉动强度的重要随机变量ε如下：
ε∈(-1,1) (25)
平均脉动速度值<u'j>与雷诺应力张量的分量<u′iv′j>为：
<u′j>＝0 (26)
Figure FDA0003740253210000023
4.如权利要求3所述的高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：所述步骤S1还包括：
所述脉动速度场：
要与目标流场物理契合：也就是说，它的能谱、长度尺度和各向异性程度要尽可能接近目标流场；
必须满足时间关联性：在数值模拟中，每一个时间步长都有新的脉动速度添加到交界面。
5.如权利要求4所述的高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：所述步骤S1还包括：
采用如下步骤进一步优化脉动速度场：
S10，从DNS或实验数据库中提取出各项异性程度最大位置的雷诺应力张量，对于展向流动不明显的算例，直接选取<u'v'>绝对值最大处；
S20，计算雷诺应力张量的特征主方向；
S30，将点涡和交界面单元的空间坐标均旋转到该主方向，运用所述合成涡方法得到新坐标系下的脉动速度场；
S40，将脉动速度旋转回原始坐标系下；
S50，进一步用DNS或实验得到的脉动速度型曲线中波浪形实线，即<u'v'>的分布，在壁面方向规约主分量，得到最终的湍流脉动速度场。
6.如权利要求1所述的高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：根据RANS/LES混合模型理论构造不同的导流罩模型，包括锥形导流罩、梯形导流罩和椭球型导流罩。
7.如权利要求1所述的高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：根据实际的电梯运行环境建立井道-电梯仿真模型，模型建立完毕后，导入到Fluent中，并用Gambit进行网格划分，计算区域取为从气流入口到气流出口的整个流场，不采用单通道流域的方式，对于复杂的流道，计算中网格采用电梯轿厢非结构化网格，将模型进行网格划分；
在Gambit中预设置流体入口面、出口面、流体壁面以及轿厢实体壁面的边界条件，然后在Fluent中导入网格文件后设置其他边界条件和参数。
8.如权利要求7所述的高速电梯导流罩选择方法，其特征在于：所述步骤S3还包括：
其他边界条件和参数包括：
参考的环境压力：101kPa即一个标准大气压；
流体入口边界条件：压力入口，压力大小与环境压力一致；
流体出口边界条件：压力出口，压力大小与环境压力一致；
轿厢顶和底的边界类型：移动刚体；
轿厢侧壁边界类型：变形刚体；
设置流体属性：理想气体；
其他设置：均采用默认仿真数据类型。
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