發(fā)布時(shí)間：2020-08-04 13:04

【摘要】：近年來隨著風(fēng)電行業(yè)的深入發(fā)展,風(fēng)能的開發(fā)利用受到人們廣泛的關(guān)注,風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的速度急劇增加,風(fēng)資源特性分析作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期的一項(xiàng)重要工作,其對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)和風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益起決定性作用。目前較為成熟的風(fēng)資源評(píng)估手段都是以平坦地形為模型建立的,而我國內(nèi)陸大部分地區(qū)是山地和丘陵地帶,這些地帶在風(fēng)資源評(píng)估中稱為復(fù)雜地形。當(dāng)氣流經(jīng)過山地丘陵等(復(fù)雜地形)地區(qū)時(shí),由于地形地貌特征的變化引起來流風(fēng)速發(fā)生繞流現(xiàn)象,使得山地周圍的流場(chǎng)分布特性尤為復(fù)雜,所以以平坦地形為模型的風(fēng)資源評(píng)估方法并不適用于復(fù)雜地形的風(fēng)資源評(píng)估。目前對(duì)于復(fù)雜地形下風(fēng)資源的評(píng)估技術(shù)并不太成熟,所以如何對(duì)復(fù)雜地形風(fēng)資源分布做出精準(zhǔn)評(píng)估是復(fù)雜地形風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)之一,對(duì)于山體而言山體坡度和山體表面植被覆蓋程度是影響山體流場(chǎng)分布的兩個(gè)重要因素。因此研究如何對(duì)復(fù)雜地形風(fēng)資源做出精準(zhǔn)評(píng)估,并分析不同地形,地貌特征等因素對(duì)山地流場(chǎng)影響非常有必要。本文分別采用機(jī)理分析、數(shù)值仿真、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和工程案例分析等方法對(duì)典型丘陵地形下風(fēng)資源分布特征進(jìn)行研究。首先根據(jù)我國地形地貌特征建立了橫截面為余弦的典型丘陵山地模型,由經(jīng)典流體力學(xué)勢(shì)流疊加理論和源板塊法建立了丘陵地形繞流數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合MATLAB平臺(tái)編寫風(fēng)速計(jì)算程序,對(duì)不同高寬比下丘陵迎風(fēng)坡風(fēng)速計(jì)算分析;其次利用ANSYS軟件建立山地風(fēng)速場(chǎng)計(jì)算域,選用SST湍流計(jì)算模型,采用指數(shù)分布的入口風(fēng)速對(duì)山地流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算,根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果分析不同高寬比和不同地面粗糙度下山地丘陵迎風(fēng)坡流場(chǎng)變化特征;然后根據(jù)相似理論建立了三種丘陵山地物理模型,在內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)風(fēng)能太陽能省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能源基地B1/K2低速風(fēng)洞的閉口段搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,采用高頻PIV三維粒子測(cè)速技術(shù)在來流風(fēng)速為6.5m/s時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析;最后采用ANSYS軟件對(duì)內(nèi)蒙古某典型丘陵地形風(fēng)資源特征進(jìn)行計(jì)算分析,得到以下結(jié)果:1.建立了基于經(jīng)典流體力學(xué)勢(shì)流疊加理論和源板塊法繞流數(shù)學(xué)模型。2.在MATLAB平臺(tái)下設(shè)計(jì)開發(fā)典型丘陵地形風(fēng)速計(jì)算程序。3.總結(jié)了不同坡度下典型丘陵迎風(fēng)面風(fēng)能要素變化特征。4.分析了不同下墊面(地面粗糙度)下山地丘陵風(fēng)能要素變化規(guī)律。5.利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證典型丘陵地形下風(fēng)資源的分布特征變化規(guī)律。6.對(duì)內(nèi)蒙古梨花鎮(zhèn)某典型丘陵地形風(fēng)資源分布進(jìn)行實(shí)例分析研究。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM614
【圖文】：

限并不能滿足人類可持續(xù)發(fā)展的愿望，根據(jù)（IEA）統(tǒng)計(jì)，未能源需求量將持續(xù)增長，因此傳統(tǒng)能源將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需快速發(fā)展所需要的能源消耗，人們?cè)絹碓蕉嗟拈_發(fā)和利用一些其中風(fēng)能作為清潔能源的一種它具有分布廣、儲(chǔ)存量大、無污。早在幾千年前已經(jīng)開始利用風(fēng)能例如：船舶的航行、提水灌溉著科技的發(fā)展人類開始大規(guī)模的利用風(fēng)能進(jìn)行抽水蓄水、供暖尤其是近幾年來由于工業(yè)迅速的發(fā)展，能源消耗過大，環(huán)境污題的出現(xiàn)，風(fēng)電做為清潔無污染的可再生能源而受到廣泛的關(guān)事會(huì)（GWEC）統(tǒng)計(jì)的截止到 2016 年年底裝機(jī)容量達(dá)到 486015 年增長了 12.5%，我國在 2016 年年底風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到 1球裝機(jī)容量的34.7%,相對(duì)于2015年裝機(jī)總量增張了16.1%[1]，16 年新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量直方圖如圖 1-1 所示，從圖中可國的累計(jì)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量一直在增加，每年的新增裝機(jī)容量一瓦。

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文可達(dá) 10 億千瓦。我國的有效風(fēng)功率密度分布如圖 1-2 所示，于 200W/m2地區(qū)主要集中在三北地區(qū)（東北、華北、西北）、島嶼和海上地區(qū)，有效風(fēng)功率密度在 100~200 W/m2之間地區(qū)區(qū)和青藏高原北部[2]。我國在風(fēng)能開發(fā)及其利用早期，在風(fēng)資址方面主要關(guān)注風(fēng)資源豐富（風(fēng)功率密度大于 200 W/m2）和年來隨著風(fēng)電行業(yè)的迅速發(fā)展和我國地形地貌的分布特征，人形風(fēng)能的開發(fā)及其利用。

建立二維丘陵模型其圖形如圖2-1 所示 H 為山頂?shù)降孛娴母叨�，即山頂高度；L1 為山頂?shù)缴狡?H/2 高度處的水平距離半坡長度；H/L1 為高寬比即山體的坡度。圖 2-1 山地模型示意圖Figure 2-1 Mountain model diagram本文主要關(guān)心余弦模型下來流風(fēng)速經(jīng)過丘陵山地時(shí)流場(chǎng)分布特性，所以將山體物理模型以 y軸為界線分為兩個(gè)區(qū)域，x 負(fù)半軸與 y軸正方向的區(qū)域定為①區(qū)，x 負(fù)正半軸與 y 軸正方向的區(qū)域定位②區(qū)，在山地模型建立時(shí)根據(jù) L1、L2 和 H值的不同進(jìn)而設(shè)計(jì)不同高寬比的山地模型。山體的高寬比（H/2L1）不同對(duì)風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生的加速效益也不一樣，為研究水平風(fēng)加速因子和垂直相對(duì)風(fēng)速隨山體高寬比的變化趨勢(shì)，本文分別選取三種不同高寬比的山地模型，表 1 為不同坡度山地模型的基本參數(shù)。表 2-1 山地模型基本參數(shù)Table2-1 Basic parameters of mountain model模型 1 模型 2 模型 3H（m） 100 100 100L1（m） 50 75 1002.2 丘陵山地繞流數(shù)學(xué)模型的建立2.2.1 流體力學(xué)繞流機(jī)理分析2.2.1.1 勢(shì)流疊加理論已知不可壓、無旋流動(dòng)的拉普拉斯二階線性偏微分方程，其表達(dá)式如下[30]： 2 = 2 x2+ 2 y2+ 2 z2=0 （2-5）由于線性方程的解滿足疊加原理

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 張宇;張華;歐海慶;;SRTM數(shù)據(jù)在山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源評(píng)估中的應(yīng)用[J];中國電力;2015年03期

2 趙永鋒;康順;梁思超;;復(fù)雜地形風(fēng)場(chǎng)CFD模擬計(jì)算域的討論[J];太陽能學(xué)報(bào);2015年02期

3 付標(biāo);趙躍;;基于Global Mapper實(shí)現(xiàn)CAD與Google Earth間的轉(zhuǎn)換[J];北京測(cè)繪;2015年01期

4 宋夢(mèng)媈;何仲陽;陳凱;張興;;風(fēng)電場(chǎng)微觀選址軟件的應(yīng)用[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2013年07期

5 劉尹紅;楊策;趙奔;老大中;馬朝臣;;軸徑流組合壓氣機(jī)中動(dòng)葉尾跡與勢(shì)流疊加特性的數(shù)值研究[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2013年05期

6 李正良;魏奇科;孫毅;;復(fù)雜山地風(fēng)場(chǎng)幅值特性試驗(yàn)研究[J];工程力學(xué);2012年03期

7 ;中國風(fēng)能資源的詳查和評(píng)估[J];風(fēng)能;2011年08期

8 蔣紅;佟鼎;黃寧;;坡面地表下的風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬[J];中國沙漠;2011年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 張曉磊;趙明;何屏;梁俊宇;段宏;孫溧;宋美微;;距地面不同高度下復(fù)雜地形對(duì)風(fēng)速影響的數(shù)值模擬研究[A];2015年云南電力技術(shù)論壇論文集（上冊(cè)）[C];2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 梁思超;復(fù)雜地形風(fēng)資源特性的數(shù)值模擬研究[D];華北電力大學(xué);2015年

2 李朝;近地湍流風(fēng)場(chǎng)的CFD模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 蒙鐸;基于CATIA的滑坡三維地質(zhì)建模及分析應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2017年

2 呂振峰;復(fù)雜山地對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速分布影響研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 王婷婷;山丘風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[D];蘭州理工大學(xué);2014年

4 李鑫;山地地形的近地風(fēng)場(chǎng)特性研究[D];重慶大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2780585