本文關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 致動盤模型 工程尾流模型 Park-Polynomial模型 Park-Gauss模型 大氣邊界層穩(wěn)定性 微觀選址布局優(yōu)化

【摘要】：風(fēng)力機(jī)尾流模型的計算精度、大氣邊界層的穩(wěn)定性等都會影響尾流區(qū)風(fēng)速分布,進(jìn)而影響風(fēng)電場發(fā)電總量的評估。風(fēng)電場前期建設(shè)中對發(fā)電總量的評估是微觀選址的重要依據(jù)之一,評估精度直接會影響風(fēng)力機(jī)組的布局優(yōu)化。風(fēng)力機(jī)組間尾流相互干擾,會降低風(fēng)電場的風(fēng)能利用效率,從而影響風(fēng)電場的整體經(jīng)濟(jì)效益,因此針對風(fēng)力機(jī)尾流展開深入的研究是具有重要意義的。本文主要基于Park模型尾流區(qū)線性膨脹假設(shè),對其進(jìn)行進(jìn)一步修正,假定徑向風(fēng)速呈多項式和高斯分布特征,分別提出了兩種新的修正工程尾流模型Park-Polynomial和Park-Gauss模型�；谶@兩種新修正的工程尾流模型和基于開源軟件OpenFOAM的致動盤模型,對風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)開展研究;此外,還引入并大氣邊界層穩(wěn)定性對風(fēng)力機(jī)尾流的影響。之后,基于前期提出的工程尾流模型開展大氣邊界層穩(wěn)定性對風(fēng)電場微觀選址布局優(yōu)化的影響研究。以下是詳細(xì)的研究工作內(nèi)容:首先,開展對單臺風(fēng)力機(jī)尾流數(shù)值模擬研究。采用兩種不同的數(shù)值模擬方法模擬單臺風(fēng)力機(jī)尾流。第一種方法是基于開源軟件OpenFOAM,通過CFD計算對風(fēng)力機(jī)尾流展開研究,采用致動盤模型(ADM),并選用k-?SST湍流模型對單臺風(fēng)力機(jī)尾流場進(jìn)行數(shù)值模擬。第二種方法是通過提出的兩種工程尾流模型Park-Polynomial和Park-Gauss模型對單臺風(fēng)力機(jī)尾流開展數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:ADM可以較好的模擬單臺風(fēng)力機(jī)尾流場信息,其近尾流區(qū)風(fēng)速恢復(fù)速度要快于幾種工程模型;新修正的兩種工程模型都可以很好的模擬單臺風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)的風(fēng)速;Park-Gauss模型整體性能相比于其他幾種工程模型是最好的,其在精度上不僅與試驗(yàn)結(jié)果接近一致而且在徑向分布上也更加符合真實(shí)流場。其次,開展對多臺風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)數(shù)值模擬研究。該部分工作主要內(nèi)容是用兩種不同的計算方法對多臺風(fēng)力機(jī)全尾流、偏尾流進(jìn)行數(shù)值模擬研究。第一種方法是基于開源軟件OpenFOAM,通過CFD方法計算,并選用ADM+k-?SST湍流模型對多臺風(fēng)力機(jī)全尾流和偏尾流進(jìn)行數(shù)值模擬。第二種是用兩種新修正的工程尾流模型Park-Polynomial和Park-Gauss模型,對多臺風(fēng)力機(jī)全尾流和偏尾流開展數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:ADM可以很好的對多臺風(fēng)力機(jī)組全尾流效應(yīng)和偏尾流效應(yīng)數(shù)值模擬;新修正的Park-Gauss模型可以很好的模擬全尾流效應(yīng)尾流區(qū)風(fēng)速;模擬偏尾流效應(yīng),Park-Gauss和Park-Polynomial模型都能比較好的模擬尾流場,但Park-Polynomial模型優(yōu)于前者;兩種新的修正工程尾流模型在精度上不僅與LES結(jié)果接近一致,而且在徑向分布上也更加符合真實(shí)流場。再次,開展大氣邊界層穩(wěn)定性對風(fēng)力機(jī)尾流影響的數(shù)值模擬研究。這部分工作主要是考慮三種不同大氣邊界層穩(wěn)定狀態(tài)對風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)的影響,選用新修正的Park-Gauss模型對單臺風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)以及多臺風(fēng)力機(jī)全尾流效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬;選用新修正的Park-Polynomial模型對多臺風(fēng)力機(jī)組偏尾流效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明:大氣邊界層狀態(tài)越不穩(wěn)定,風(fēng)力機(jī)尾流風(fēng)速恢復(fù)越快且尾流膨脹半徑越大,即大氣邊界層在不穩(wěn)定狀態(tài)下尾流風(fēng)速恢復(fù)最快且尾流膨脹半徑最大,中性狀態(tài)其次,穩(wěn)定狀態(tài)下尾流風(fēng)速恢復(fù)最慢且尾流膨脹半徑最小。最后,開展大氣邊界層穩(wěn)定性對風(fēng)電場微觀選址布局優(yōu)化的影響研究。這部分主要工作是,基于兩種新修正的Park-Polynomial和Park-Gauss模型,采用小生境遺傳算法、在常數(shù)風(fēng)速固定風(fēng)向和變風(fēng)速變風(fēng)向這兩種風(fēng)況下對風(fēng)電場風(fēng)力機(jī)組進(jìn)行布局優(yōu)化開展研究。研究結(jié)果表明:大氣邊界層穩(wěn)定性對風(fēng)電場微觀選址布局優(yōu)化影響是顯著的,大氣邊界層狀態(tài)越不穩(wěn)定,風(fēng)電場安裝機(jī)組總數(shù)就越多、發(fā)電總量就越高、風(fēng)電場利用效率也越高、每kW成本就越低。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK83;O35

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張亮;吳海濤;荊豐梅;崔琳;;海上漂浮式風(fēng)力機(jī)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J];海洋技術(shù);2010年04期

2 成思琪;成健;;關(guān)于高原2MW風(fēng)力機(jī)電器容量[J];科技資訊;2011年14期

3 李曄;;國外大型風(fēng)力機(jī)技術(shù)的新進(jìn)展[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2013年10期

4 朱仁傳;繆國平;范菊;劉樺;;海上浮式風(fēng)力機(jī)及其動力學(xué)問題[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2013年10期

5 朱瑞兆;風(fēng)力機(jī)位置選擇中的一些氣象問題[J];氣象;1981年11期

6 陳嚴(yán),杜明慧;變轉(zhuǎn)速風(fēng)力機(jī)全系統(tǒng)性能分析[J];汕頭大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年03期

7 曹紫胤;黃典貴;蔡瑞忠;;適合任意風(fēng)向聚能風(fēng)力機(jī)的數(shù)值模擬[J];上海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年06期

8 ;國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“九七三”計劃)項目“大型風(fēng)力機(jī)的空氣動力學(xué)基礎(chǔ)研究”簡介[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;2011年05期

9 蔡云秀;;風(fēng)力機(jī)工作原理及其空氣動力學(xué)理論計算[J];科技信息;2012年17期

10 楊華;徐浩然;沈文忠;劉超;石亞麗;;4.5m直徑風(fēng)力機(jī)模型氣動實(shí)驗(yàn)方法[J];揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張亮;吳海濤;;海上浮式風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及難點(diǎn)[A];中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會風(fēng)能設(shè)備分會2013年度論文集（上）[C];2013年

2 王同光;;風(fēng)力機(jī)設(shè)計及其空氣動力學(xué)問題[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

3 張亮;吳海濤;;海上浮式風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及難點(diǎn)[A];中國農(nóng)機(jī)工業(yè)協(xié)會風(fēng)能設(shè)備分會《風(fēng)能產(chǎn)業(yè)》（2013年第7期）[C];2013年

4 賀德馨;;風(fēng)力機(jī)設(shè)計軟件包[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（下冊）[C];2001年

5 朱方劍;王振宇;劉國華;章子華;;沿海某灘涂風(fēng)力機(jī)抗震分析[A];第19屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ冊）[C];2010年

6 陳余岳;張錦南;王強(qiáng);周利峰;;660kW風(fēng)力機(jī)玻璃鋼葉片研制[A];第十五屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

7 陳余岳;張錦南;王強(qiáng);周利峰;;660kW風(fēng)力機(jī)玻璃鋼葉片研制[A];中國復(fù)合材料學(xué)會2004年年會論文集[C];2004年

8 陳余岳;張錦南;王強(qiáng);周利峰;;660kW風(fēng)力機(jī)玻璃鋼葉片研制[A];第十五屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

9 朱，

本文編號：1275585