風(fēng)電機(jī)組半經(jīng)驗尾流模型改進(jìn)方法研究.pdf

1、風(fēng)電機(jī)組尾流效應(yīng)引起尾流區(qū)風(fēng)速降低、湍流度增加，導(dǎo)致下游風(fēng)電機(jī)組功率損失、疲勞載荷增加，影響風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益。工程應(yīng)用中常用半經(jīng)驗尾流模型來定量描述尾流效應(yīng)的影響，目前常用半經(jīng)驗尾流模型的計算精度和適用性仍然有待提高。圍繞該問題，提出了基于高精度尾流數(shù)值模擬結(jié)果的半經(jīng)驗尾流模型改進(jìn)方法，該方法有充足的尾流區(qū)信息作為數(shù)據(jù)支撐，又節(jié)省了風(fēng)洞試驗的高昂成本。首先，以NREL Phase VI風(fēng)電機(jī)組為研究對象，建立了三維整機(jī)全流場結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格數(shù)值

2、模型，開展了單臺機(jī)組尾流定常與非定常雷諾時均數(shù)值模擬，研究了尾流區(qū)風(fēng)速、湍流強(qiáng)度分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，以Jensen模型為例對半經(jīng)驗尾流模型進(jìn)行了改進(jìn)，提高了計算精度，并對改進(jìn)模型進(jìn)行了驗證。
　　主要內(nèi)容和結(jié)論:
　　(1)開展了風(fēng)電機(jī)組尾流數(shù)值模擬，得到了詳盡的風(fēng)電機(jī)組尾流區(qū)流動信息。
　　建立了三維整機(jī)全流場結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格數(shù)值模型，開展了非定常雷諾時均(URANS)與定常雷諾時均（RANS）模擬，通過與文獻(xiàn)中大渦模擬

3、(LES)結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了模擬方法的可靠性。基于三維整機(jī)全流場結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格數(shù)值模型的URANS模擬結(jié)果較準(zhǔn)確地反映了尾流區(qū)風(fēng)速分布，可為半經(jīng)驗尾流模型改進(jìn)工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
　　(2)以風(fēng)電機(jī)組尾流數(shù)值模擬結(jié)果為依據(jù)，改進(jìn)了半經(jīng)驗尾流模型。
　　基于三維整機(jī)尾流URANS模擬結(jié)果中的風(fēng)速、湍流強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，開展了Jensen半經(jīng)驗尾流模型的改進(jìn)工作?；谫|(zhì)量守恒方程，采用拋物線函數(shù)描述風(fēng)速沿徑向的變化規(guī)律，并進(jìn)一步考慮環(huán)境湍

4、流強(qiáng)度和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)附加湍流強(qiáng)度對尾流恢復(fù)速率的綜合影響，對尾流衰減系數(shù)進(jìn)行了修正，得到了改進(jìn)后的ImprovedParabolic Jensen尾流模型，提高了尾流模型的計算精度。
　　(3)開展了單臺機(jī)組尾流激光雷達(dá)測風(fēng)實驗，驗證了改進(jìn)半經(jīng)驗尾流模型的準(zhǔn)確性與適用性。
　　基于風(fēng)電場激光雷達(dá)測風(fēng)試驗獲取的尾流區(qū)風(fēng)速數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)中公開的ECN風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)、Sexbierum風(fēng)電場測風(fēng)塔尾流測風(fēng)數(shù)據(jù)，對改進(jìn)半經(jīng)驗尾流模型進(jìn)行了驗證