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题名四维时空不均匀尾流影响下风力机功率及气动载荷分析
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作者
高晓霞
周鲲程
沈佳烨
朱霄珣
王瑜
董利江
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机构
华北电力大学动力工程系
河北省低碳高效发电技术重点实验室
保定市低碳高效发电技术重点实验室
华北电力大学电子与通信工程系
新疆新能集团有限责任公司乌鲁木齐电力建设调试所
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2024年第12期88-99,I0002,共13页
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基金
国家自然科学基金(52076081)
中央高校基本科研基金资助项目(2020MS107)
+1 种基金
河北省自然科学基金面上项目(E2023502091)
河北省在读研究生创新能力培养资助项目(CXZZSS2023192)。
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文摘
处于尾流区与处于自由流场的风力机气动特性差异明显。为了量化风力机气动特性受尾流影响规律,提出了一种基于三维时变尾流模型(3DJGF-T)耦合改进的叶素动量理论(BEM)的风力机气动特性计算方法。首先,分别以正弦风、自由风作为上游机组输入风况,使用3DJGF-T尾流模型计算,得到尾流场内风况的时空变化特征,并进行外场实验验证;其次,以上述尾流场内随空间位置点和时间的不均匀分布的流场为边界条件,研究处于不同尾流下游纵向位置(x=5D、6D、7D、8D)及水平位置处(全尾流、1/2尾流、3/4尾流、全偏尾流)的风轮和单叶片功率、转矩、轴向力的时空变化规律。对比分析结果显示:下游纵向位置变化会同时改变尾流的时间与空间特性,对载荷及功率产生更加复杂的波动影响,纵向距离每增加1D,风轮功率增大约10%;相比之下,风力机水平位置的变化仅影响尾流的空间特性,风轮功率损失随着靠近尾流中心而逐渐增大,相较于全偏尾流,1/2尾流、3/4尾流和全尾流的功率平均值相对损失分别为23.7%、44.3%、61.2%;当来流为自由风时,其风速变化比正弦风更快、随机性更强,导致风力机机组承受的载荷功率波动更大。
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关键词
风力机
四维时空尾流
3DJGF-T尾流模型
风场实验
功率载荷分析
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Keywords
wind turbine
four-dimensional spatiotemporal wake
3DJGF-T wake model
wind site experiment
power load analysis
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分类号
TK81
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
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