本文選題：風(fēng)電場 + 三維改進(jìn)致動(dòng)面模型　； 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著人類對(duì)清潔能源需求的不斷增加,風(fēng)力機(jī)及風(fēng)電場都趨于大型化發(fā)展,復(fù)雜地形風(fēng)場的開發(fā)也變得尤為重要,這使得風(fēng)電場中多風(fēng)力機(jī)尾流干涉及地形效應(yīng)變得更為復(fù)雜,給風(fēng)電場的流場研究和微觀選址帶來更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而致動(dòng)模型的發(fā)展給大尺度風(fēng)電場的模擬帶來了可能。論文在OpenFOAM平臺(tái)上利用致動(dòng)面方法對(duì)復(fù)雜風(fēng)況下不同布機(jī)形式的風(fēng)電場及山體地形風(fēng)電場尾流進(jìn)行了研究,揭示了不同工況下風(fēng)場流動(dòng)特點(diǎn),為不同風(fēng)資源條件及復(fù)雜地形風(fēng)電場布機(jī)提供了參考,主要完成了以下幾個(gè)方面的工作:(1)三維改進(jìn)致動(dòng)面模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證。在OpenFOAM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了三維改進(jìn)致動(dòng)面方法對(duì)Phase VⅥ風(fēng)力機(jī)流場的成功模擬,并經(jīng)過無關(guān)性驗(yàn)證,確定模型計(jì)算網(wǎng)格精度和能清晰捕捉流場信息的高斯半徑ε = 2Ar。對(duì)比Phase VⅥ風(fēng)力機(jī)全尺度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),改進(jìn)致動(dòng)模型計(jì)算得到的風(fēng)力機(jī)葉片表面力分布與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。最后,對(duì)比相同條件下的致動(dòng)線模型,改進(jìn)致動(dòng)面模型能更清晰地捕捉到風(fēng)力機(jī)葉尖和葉根脫落渦,能較好地模擬風(fēng)力機(jī)尾流與周圍流場的摻混作用,以此驗(yàn)證了模型的可靠性。(2)復(fù)雜風(fēng)況風(fēng)電場尾流特性研究。利用三維改進(jìn)致動(dòng)面模型模擬復(fù)雜風(fēng)況下不同布機(jī)風(fēng)場尾流,分析剪切和湍流風(fēng)況下風(fēng)電場尾流速度場、渦量場,對(duì)比上下游風(fēng)力機(jī)的計(jì)算軸功率、尾流速度損失及尾流場湍流強(qiáng)度。剪切風(fēng)況串排列陣尾流疊加風(fēng)場尾流與地面干涉作用較強(qiáng),擺動(dòng)現(xiàn)象明顯;錯(cuò)排列陣風(fēng)場下游風(fēng)力機(jī)入流速度增加,風(fēng)剪切作用減弱。湍流風(fēng)況串排疊加尾流蜿蜒現(xiàn)象增強(qiáng),下游風(fēng)力機(jī)尾流恢復(fù)速率較快,尾渦系為面渦結(jié)構(gòu);錯(cuò)排疊加尾流速度虧損較小,渦量值較小,尾流疊加區(qū)出現(xiàn)方向相反的對(duì)渦,加速了耗散。綜合以上因素建議在風(fēng)資源剪切作用較強(qiáng)的風(fēng)場采用錯(cuò)排列陣布機(jī)形式,在風(fēng)資源湍流脈動(dòng)較強(qiáng)的風(fēng)場采用串排列陣布機(jī)形式。(3)山體地形風(fēng)電場尾流特性探索研究。利用pisoFoam求解器模擬不同高度山體流場以及同一高度山體不同入流風(fēng)速流場,發(fā)現(xiàn)隨山體高度增加背風(fēng)面影響范越大,山頂?shù)募铀傩?yīng)也越強(qiáng),但山體背風(fēng)面渦旋低速區(qū)均在下游3倍山體延伸半徑處恢復(fù);同一高度山體速度場和渦量場分布相似,山頂?shù)募铀俦认嗤?但高風(fēng)速下山體背風(fēng)面渦旋范圍沿流向變長,縱向變短。以無風(fēng)力機(jī)山體流場為初始速度場利用致動(dòng)面模型模擬不同位置布機(jī)風(fēng)電場尾流,發(fā)現(xiàn)受山體尾流的影響風(fēng)力機(jī)尾流葉尖、葉根渦生存周期較短,山體表面脫落面渦在渦旋尾流區(qū)后與風(fēng)力機(jī)尾流疊加破碎,導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)尾流場的不穩(wěn)定性增強(qiáng)。
[Abstract]:With the increasing demand for clean energy, wind turbines and wind farms tend to develop on a large scale, and the development of complex topographic wind fields becomes particularly important. It brings more serious challenge to wind farm flow field research and micro-location. The development of actuation model makes it possible to simulate large scale wind farm. In this paper, the wake of wind farm and mountain terrain wind farm under complex wind conditions are studied by using the method of actuation surface on OpenFOAM platform, and the characteristics of wind field flow under different conditions are revealed. This paper provides a reference for wind farm with different wind resource conditions and complex terrain, and mainly completes the following work: 1) the veracity of the 3D improved actuator surface model is verified. The simulation of Phase V 鈪，

本文編號(hào)：1949729