為系統(tǒng)研究臺風(fēng)作用下風(fēng)力機(jī)體系的氣動性能與風(fēng)效應(yīng)特性,引入考慮真實(shí)臺風(fēng)場強(qiáng)變異性和衰減效應(yīng)的中尺度天氣預(yù)報(bào)模式對臺風(fēng)"鸚鵡"進(jìn)行高時(shí)空分辨率模擬.基于最小海平面氣壓追蹤的臺風(fēng)中心路徑與實(shí)測路徑的對比結(jié)果,驗(yàn)證模擬的有效性.以中國東南沿海地區(qū)某風(fēng)電廠5 MW水平軸風(fēng)力機(jī)為對象,結(jié)合小尺度CFD大渦模擬技術(shù)對葉片單個(gè)旋轉(zhuǎn)周期不同停機(jī)位置工況進(jìn)行三維非定常數(shù)值模擬.結(jié)果表明,采用WRF模式可以有效模擬近地面臺風(fēng)風(fēng)場,擬合的臺風(fēng)剖面指數(shù)為0.076.臺風(fēng)下葉片和塔架的脈動和極值風(fēng)壓系數(shù)顯著增大,最大增幅達(dá)29%.臺風(fēng)作用下葉片與塔架完全重合時(shí)為最不利情況,旋轉(zhuǎn)至上葉片完全重合時(shí)安全余度最大. 

【文章來源】：東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019,49(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖2臺風(fēng)速(a)登陸前(b)登

使得氣壓逐漸升高，通過與實(shí)測結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，本文模擬得到的氣壓分布吻合度較高．臺風(fēng)附近云系降水屬長時(shí)間對流性降水，該區(qū)域雨量較大且與臺風(fēng)強(qiáng)度和中心距離有關(guān)，采用Noah路面過程方案可較好地模擬地表通量和氣流輻合場．受高層大氣熱量向下輸送的影響，采用MYJ邊界層方案計(jì)算該區(qū)域邊界層內(nèi)熱量、動量等湍流脈動通量的精度較高．(a)氣壓實(shí)測結(jié)果(b)降雨量實(shí)測結(jié)果(c)位溫實(shí)測結(jié)果(d)氣壓模擬結(jié)果(e)降雨量模擬結(jié)果(f)位溫模擬結(jié)果圖1臺風(fēng)登陸實(shí)測與模擬結(jié)果圖2給出了臺風(fēng)登陸前、登陸時(shí)和登陸后的速度流線圖．由圖可知，臺風(fēng)登陸前無強(qiáng)對流現(xiàn)象風(fēng)向偏東北風(fēng)，登陸時(shí)風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闁|南風(fēng)，過境后周圍氣流持續(xù)不斷向臺風(fēng)中心輻合，風(fēng)速流線并未呈現(xiàn)規(guī)律性的發(fā)展趨勢，后期逐漸轉(zhuǎn)為偏東北風(fēng)．上述風(fēng)速流向與臺風(fēng)路徑發(fā)展趨勢吻合度較高．(a)登陸前(b)登陸時(shí)(c)登陸后圖2臺風(fēng)速度流線圖圖3給出了臺風(fēng)登陸時(shí)風(fēng)速云圖．圖4給出了模擬全過程的臺風(fēng)路徑和海平面氣壓圖，模擬路徑主要通過模式輸出的每隔6h最低海平面氣壓所在的位置表征．由圖可知，臺風(fēng)外圍云系入侵使得風(fēng)速加強(qiáng)，隨著臺風(fēng)的逼近，風(fēng)速越來越大．臺風(fēng)“鸚鵡”整體上表現(xiàn)為向西北移動的趨勢，模擬路徑與實(shí)測結(jié)果雖然存在一定的偏差，但總體上具有較好的一致性．臺風(fēng)強(qiáng)度的演變主要利用最低海平243東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第49卷

http://journal．seu．edu．cn面氣壓來表征，在模擬時(shí)段內(nèi)，臺風(fēng)“鸚鵡”仍處于一個(gè)十分成熟的階段，最小海平面氣壓基本維持在97kPa附近．相較于實(shí)測結(jié)果，模擬后期最小海平面氣壓強(qiáng)度略有減弱，且模擬臺風(fēng)強(qiáng)度以及變化趨勢與實(shí)測結(jié)果較為接近．圖3臺風(fēng)登陸時(shí)風(fēng)速云圖(a)臺風(fēng)路徑(b)最小海平面氣壓圖4模擬全過程臺風(fēng)結(jié)果示意圖2小尺度CFD數(shù)值模擬2．1風(fēng)力機(jī)模型本文選用的5MW風(fēng)力機(jī)塔架高124m，頂部直徑為3．0m，底部直徑為3．5m．塔架為通長變厚度結(jié)構(gòu)，頂壁厚0．06m，底壁厚0．15m;機(jī)艙長18m，寬6m，高6m;風(fēng)輪切出風(fēng)速為25m/s，各葉片之間呈120°夾角，沿周向均勻分布．根據(jù)葉片與塔架的相對位置，考慮到三葉片體系旋轉(zhuǎn)過程中存在的周期性，定義葉片與塔架完全重合時(shí)為工況1，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°為1個(gè)工況，共計(jì)8個(gè)工況．此外，定義工況1中與塔架完全重合的葉片為3#葉片，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別為1#和2#葉片．2．2小尺度臺風(fēng)模擬圖5(a)給出了不同時(shí)刻臺風(fēng)中心附近的風(fēng)速剖面．分析發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)刻近地面臺風(fēng)風(fēng)速分布較光滑，而海拔較高時(shí)風(fēng)速分布較為紊亂，且2018-08-22T20:00:00的臺風(fēng)風(fēng)速明顯小于其他時(shí)刻．究其原因在于，該時(shí)刻臺風(fēng)已登陸，下墊面由海洋變?yōu)殛懙兀沟媚芰恐饾u耗散．圖5(b)給出了模擬中心區(qū)域近地面風(fēng)速以及根據(jù)非線性最小二乘法原理擬合得到的臺風(fēng)近地面風(fēng)速擬合曲線．臺風(fēng)和良態(tài)風(fēng)擬合公式分別為VH=18．25H()100．076Ｒ2=0．9478(1)Vh=14．03h()100．15(2)式中，VH表示

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3549819