為了研究塔影效應(yīng)對(duì)大型水平軸風(fēng)力機(jī)的影響,選取NREL 5MW風(fēng)力機(jī)作為研究對(duì)象,利用Fluent軟件對(duì)單臺(tái)風(fēng)力機(jī)的不同工況進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:塔影效應(yīng)的影響主要發(fā)生在葉片方位角為140°²10°的時(shí)域內(nèi);當(dāng)葉片掃掠過(guò)塔筒時(shí),其不同周向位置的轉(zhuǎn)矩和軸向推力出現(xiàn)大幅波動(dòng),轉(zhuǎn)矩的相對(duì)波動(dòng)幅度隨來(lái)流風(fēng)速的減小而減小,葉片所受軸向推力的相對(duì)波動(dòng)幅度隨來(lái)流風(fēng)速的減小而增大;由于葉片尖部周向線速度較大,在研究塔影效應(yīng)時(shí)需考慮葉輪旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響;對(duì)于風(fēng)力機(jī)尾跡流場(chǎng),旋轉(zhuǎn)半徑越大處,塔筒造成的尾跡越明顯,其長(zhǎng)度約為葉輪直徑的2倍。 

【文章來(lái)源】：動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2018,38(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１計(jì)算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ

ｍ，深度為８ｍ，關(guān)于旋轉(zhuǎn)平面對(duì)稱(chēng)，旋轉(zhuǎn)中心距地面高度為９０ｍ；靜止域入口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面為２５０ｍ，出口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面距離為１０００ｍ，寬為６００ｍ，高為４００ｍ，靜止域?yàn)殚L(zhǎng)方體。圖１計(jì)算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２網(wǎng)格劃分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ網(wǎng)格劃分軟件對(duì)旋轉(zhuǎn)域和靜止域分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。劃分旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格時(shí)，先劃分出三分之一旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格，再沿旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行周期性旋轉(zhuǎn)，得到整個(gè)旋轉(zhuǎn)域的計(jì)算網(wǎng)格，如圖２所示。圖２旋轉(zhuǎn)域劃分網(wǎng)格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ對(duì)葉片外圍流場(chǎng)進(jìn)行Ｏ剖分，并單獨(dú)劃分流動(dòng)邊界層，如圖３所示。由于風(fēng)力機(jī)模型的葉輪直徑達(dá)１２６ｍ，幾何尺寸很大，為保證網(wǎng)格數(shù)量在可計(jì)算范圍之內(nèi)，沿葉片展向的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)較少，導(dǎo)致邊界層網(wǎng)格的長(zhǎng)和寬較大。為防止網(wǎng)格長(zhǎng)寬比過(guò)大，影響計(jì)算精度［９］，采用壁面函數(shù)法處理邊界層；為滿(mǎn)足Ｙ＋要求［１０］，第１層網(wǎng)格高度為１．５ｍｍ，網(wǎng)格增長(zhǎng)比為１．１，共１４層。（ａ）葉片根部（ｂ）葉片中部（ｃ）葉片尖部圖３不同葉高處的網(wǎng)格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ選取額定工況進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，結(jié)果如表１所示�？紤]到計(jì)算的準(zhǔn)確性，選擇網(wǎng)格數(shù)為·２３８·動(dòng)力工程學(xué)報(bào)第３８卷

ｍ，深度為８ｍ，關(guān)于旋轉(zhuǎn)平面對(duì)稱(chēng)，旋轉(zhuǎn)中心距地面高度為９０ｍ；靜止域入口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面為２５０ｍ，出口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面距離為１０００ｍ，寬為６００ｍ，高為４００ｍ，靜止域?yàn)殚L(zhǎng)方體。圖１計(jì)算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２網(wǎng)格劃分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ網(wǎng)格劃分軟件對(duì)旋轉(zhuǎn)域和靜止域分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。劃分旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格時(shí)，先劃分出三分之一旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格，再沿旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行周期性旋轉(zhuǎn)，得到整個(gè)旋轉(zhuǎn)域的計(jì)算網(wǎng)格，如圖２所示。圖２旋轉(zhuǎn)域劃分網(wǎng)格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ對(duì)葉片外圍流場(chǎng)進(jìn)行Ｏ剖分，并單獨(dú)劃分流動(dòng)邊界層，如圖３所示。由于風(fēng)力機(jī)模型的葉輪直徑達(dá)１２６ｍ，幾何尺寸很大，為保證網(wǎng)格數(shù)量在可計(jì)算范圍之內(nèi)，沿葉片展向的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)較少，導(dǎo)致邊界層網(wǎng)格的長(zhǎng)和寬較大。為防止網(wǎng)格長(zhǎng)寬比過(guò)大，影響計(jì)算精度［９］，采用壁面函數(shù)法處理邊界層；為滿(mǎn)足Ｙ＋要求［１０］，第１層網(wǎng)格高度為１．５ｍｍ，網(wǎng)格增長(zhǎng)比為１．１，共１４層。（ａ）葉片根部（ｂ）葉片中部（ｃ）葉片尖部圖３不同葉高處的網(wǎng)格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ選取額定工況進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，結(jié)果如表１所示�？紤]到計(jì)算的準(zhǔn)確性，選擇網(wǎng)格數(shù)為·２３８·動(dòng)力工程學(xué)報(bào)第３８卷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于剪切和塔影效應(yīng)的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)模型仿真研究[J]. 董升,周彪,韓肖清.  山西電力. 2016(01)
[2]壁面參數(shù)對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)流體仿真的效果分析[J]. 汪志成,紀(jì)李文,周書(shū)民,喬國(guó)棟.  現(xiàn)代制造工程. 2015(12)
[3]考慮風(fēng)切和塔影效應(yīng)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)速模型[J]. 張雪,王維慶,王海云,張婷婷,唐新安.  電測(cè)與儀表. 2015(08)
[4]上風(fēng)型水平軸風(fēng)力機(jī)塔架干涉的數(shù)值模擬[J]. 田仁斌,李學(xué)敏,何成明,劉閃閃.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2014(12)
[5]上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)塔影效應(yīng)的數(shù)值模擬研究[J]. 范忠瑤,康順,趙萍.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2012(10)
[6]大型海上風(fēng)力機(jī)尾跡區(qū)域風(fēng)場(chǎng)分析[J]. 任年鑫,歐進(jìn)萍.  計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2012(03)
[7]1.2MW風(fēng)力機(jī)整機(jī)流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J]. 李少華,匡青峰,吳殿文,郭婷婷,王梅麗.  動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2011(07)
[8]塔影效應(yīng)引起的風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動(dòng)問(wèn)題[J]. 張弘鯤,孟祥星.  東北電力技術(shù). 2011(04)
[9]風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)模擬器的仿真研究[J]. 李少林,張興,楊淑英,張崇巍,曹仁賢.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2010(10)
[10]基于單元不同長(zhǎng)寬比網(wǎng)格劃分的有限元誤差分析研究[J]. 漆文邦,鄭超.  中國(guó)農(nóng)村水利水電. 2010(02)



本文編號(hào)：3474956