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基于致动线模型的错列式两风机尾流场数值模拟 被引量:8
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作者 艾勇 程萍 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2018年第1期27-36,共10页
风电场中风机之间存在十分复杂尾流相互干扰现象,尾流相互干扰效应对风机的功率输出、叶片载荷等产生十分显著的影响。采用致动线模型以及计算流体力学方法,研究两风机之间的复杂尾流干扰效应。在保持两风机纵向间距一样的情况下,考虑... 风电场中风机之间存在十分复杂尾流相互干扰现象,尾流相互干扰效应对风机的功率输出、叶片载荷等产生十分显著的影响。采用致动线模型以及计算流体力学方法,研究两风机之间的复杂尾流干扰效应。在保持两风机纵向间距一样的情况下,考虑两风机在不同横向间距下,数值模拟两风机的部分尾流相互干扰现象,分析两风机的气动功率输出特性、尾流速度变化特性、风轮平面附近轴向诱导因子分布特性,尾涡结构以及尾流干扰效应。数值模拟结果表明:在上下游风机在沿着流向方向距离保持不变的情况下,随着横向间距的变化,上下游风机的尾流存在十分复杂的尾流相互干扰效应,对下游风机的气动功率输出以及两风机风电场的整体流场产生了显著的影响。 展开更多
关键词 风电场 致动线模型 功率 尾流干扰效应
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基于致动线/BPM模型结合的风力机气动噪声研究 被引量:1
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作者 程志 杨建刚 《噪声与振动控制》 CSCD 2019年第4期101-107,共7页
结合致动线模型和BPM半经验模型为声学扰动方程提供声源,计算NREL5MWRef风力机的声场传播。为提高效率采用声场与流场混合求解方法,对声场基于带有声源项的声学扰动方程进行微分计算,模拟点声源扩散并与声学理论对比,验证模型及方法的... 结合致动线模型和BPM半经验模型为声学扰动方程提供声源,计算NREL5MWRef风力机的声场传播。为提高效率采用声场与流场混合求解方法,对声场基于带有声源项的声学扰动方程进行微分计算,模拟点声源扩散并与声学理论对比,验证模型及方法的正确性。基于致动线模型进行风力机流场及声场的模拟计算,该模型建模与网格划分简单,并通过在声学扰动方程中添加基于BPM半经验模型的翼型自噪声源,来弥补致动线模型缺失翼型自噪声声源的不足。结果表明,结合致动线模型和BPM半经验模型,基于声学扰动方程计算风力机声场的方法正确、高效。 展开更多
关键词 声学 致动线模型 BPM半经验模型 风力机气噪声 声学扰方程 点声源扩散
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平台六自由度运动对漂浮式风机尾流的影响
3
作者 白雪平 李张翰熠 +3 位作者 董芬 李元芳 韩星星 兰惠 《可再生能源》 北大核心 2025年第9期1221-1228,共8页
构建快速有效的数值模型研究平台运动响应对漂浮式风机性能与尾流的影响,是评估海上漂浮式风电场发电功率的基础。文章提出了一种漂浮式风机尾流模型,将平台运动附加的速度修正引入致动线模型,实现对机组在六自由度条件下尾流的动态仿真... 构建快速有效的数值模型研究平台运动响应对漂浮式风机性能与尾流的影响,是评估海上漂浮式风电场发电功率的基础。文章提出了一种漂浮式风机尾流模型,将平台运动附加的速度修正引入致动线模型,实现对机组在六自由度条件下尾流的动态仿真,探究了NREL 5 MW参考风机在规则正弦周期纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇和艏摇六自由度运动工况下的尾流涡演变与速度损失分布规律。结果表明,漂浮式平台的各种自由度运动响应会导致风机尾涡出现涡对和涡环现象,并改变风机远、近尾流区的过渡与自相似性的发生起点。在无环境湍流的情况下,固定风机的尾流长度约为22D,各运动工况下的尾流长度依次变化为固定工况时的0.7,0.6,0.6,1.1,1.2,1.2倍。文章的研究成果对开发漂浮式风机工程尾流模型和风电场微观选址具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 漂浮式风机 六自由度运 致动线模型 尾流损失 涡环状态
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基于致动线和大涡模拟的不同入流风况下的风力机尾流特性研究 被引量:6
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作者 陈安新 孙锐 +1 位作者 王凯 许昌 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1354-1361,共8页
风力机的尾流效应是风电场规划与设计中需要考虑的重要因素之一,准确评估风电场的尾流效应对于风电场微观选址、保障机组运行安全、提高风电场经济效益有着重要的意义。文章以NREL 5 MW风力机为对象,基于致动线和大涡模拟方法,研究其在... 风力机的尾流效应是风电场规划与设计中需要考虑的重要因素之一,准确评估风电场的尾流效应对于风电场微观选址、保障机组运行安全、提高风电场经济效益有着重要的意义。文章以NREL 5 MW风力机为对象,基于致动线和大涡模拟方法,研究其在均匀入流和切变入流等不同风况下风力机的尾流特性,入流风况分别为在不同风速下的均匀大气入流和在不同地表粗糙度情况下的切变大气入流。研究结果表明:入流风速增大,尾流区螺旋状叶尖涡的涡间距增大,尾流速度恢复的距离越长;地表粗糙度长度增加,在塔筒竖直方向内相同高度对应的风速减小,导致塔筒产生的阻力减小,风力机塔筒形成的涡更容易发生脱落和破裂,进而导致脱落涡的涡量值增加。研究结果有助于准确地理解风力机尾流发展变化规律,为风电场微观选址、风力机功率预测等工作提供理论支持。 展开更多
关键词 致动线模型 大涡模拟 均匀入流 切变入流 尾流特性
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平台运动对15 MW风机气弹性的影响研究
5
作者 王魁 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第5期21-35,共15页
随着人们对风力发电经济性要求的提高,风机叶片逐渐变得更长、更柔软,风电场也在不断向深远海发展。因此有必要研究气弹性耦合情况下平台运动对风机叶片和风机发电功率的影响。基于弹性致动线模型,研究了纵摇、纵荡运动对浮式风机叶片... 随着人们对风力发电经济性要求的提高,风机叶片逐渐变得更长、更柔软,风电场也在不断向深远海发展。因此有必要研究气弹性耦合情况下平台运动对风机叶片和风机发电功率的影响。基于弹性致动线模型,研究了纵摇、纵荡运动对浮式风机叶片气弹性的影响,分析了气动功率、气动推力和叶片变形。研究发现:由于强迫运动产生了额外的附加速度,15 MW风机气动功率波动可达3个标准差,风机的平均气动功率也因此而减小;叶片弯曲和扭转变形沿叶片展向呈非线性分布,叶尖挥舞变形最大值可达14 m,在设计塔架、叶片预倾角时应当预留出一定的变形空间;由于平台纵摇运动附加在各截面处的速度不同,叶片的变形会呈现出非对称的波动,这会使风力机叶片产生额外的气动载荷波动和结构响应。 展开更多
关键词 弹性致动线模型 气弹性耦合 强迫运 漂浮式风机
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叶尖速比对水平轴风力机尾流特性的影响
6
作者 张健美 盖晓平 +1 位作者 张旭耀 李泽 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第10期269-272,共4页
为研究水平轴风力机的尾流特性,采用风力机叶片致动线模型和大涡模拟相结合的研究方法,在不同叶尖速比下对33kW两叶片水平轴风力机进行了数值模拟,研究了风力机运行的叶尖速比变化对尾流特性的影响。结果表明:随着叶尖速比的增大,在下... 为研究水平轴风力机的尾流特性,采用风力机叶片致动线模型和大涡模拟相结合的研究方法,在不同叶尖速比下对33kW两叶片水平轴风力机进行了数值模拟,研究了风力机运行的叶尖速比变化对尾流特性的影响。结果表明:随着叶尖速比的增大,在下游离风轮较近的区域,叶尖涡和叶根涡开始发生破坏和耗散,导致尾流区轴向速度分布随下游位置发生变化:同时,叶尖速比越大,尾流的膨胀越明显,螺旋状叶尖涡之间的间距越小。研究可为深入分析不同来流条件下水平轴风力机的尾流特性提供参考。 展开更多
关键词 水平轴风力机 致动线模型 大涡模拟 尾流
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动态风向对风力机尾流演化规律的影响 被引量:2
7
作者 郭涛 李晔 +2 位作者 李德顺 韩伟 李仁年 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第12期1255-1260,共6页
为了研究动态风向对水平轴风力机尾流演化规律的影响,文中基于OpenFOAM软件平台,采用大涡模拟(LES)耦合致动线模型(ALM)的方法,分析动态风向幅值变化对尾流速度特性、湍流特性以及蜿蜒特性的影响.研究结果表明:随着动态角度幅值的变化,... 为了研究动态风向对水平轴风力机尾流演化规律的影响,文中基于OpenFOAM软件平台,采用大涡模拟(LES)耦合致动线模型(ALM)的方法,分析动态风向幅值变化对尾流速度特性、湍流特性以及蜿蜒特性的影响.研究结果表明:随着动态角度幅值的变化,尾流速度上的差异主要体现在4D(D为风轮直径)以后,且随着角度幅值的增加,尾流平均速度的恢复越来越快;动态风向条件下,叶尖涡出现振荡现象,且随着动态风向角幅值的增加,振荡幅度越来越大;风向角的动态变化加剧了尾流的蜿蜒,随着角度幅值的增加,尾流中心最大偏移量增加,增长符合二次幂函数规律,且远尾流的增长率远大于近尾流;当动态角度变化幅值达到15°时,10D处的尾流中心偏移量达到了48.62%;动态风向角变化幅值的增加会改变尾流边界,导致尾流影响范围扩大. 展开更多
关键词 风力机尾流 蜿蜒特性 大涡模拟 致动线模型 态偏航
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浮式风机气动-水动-气弹性耦合响应数值模拟 被引量:12
8
作者 黄扬 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第4期88-101,共14页
随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄... 随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄的特点愈发突出,叶片柔性变形十分显著,这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流CFD求解器naoe⁃FOAM⁃SJTU,结合弹性致动线模型和等效梁理论,建立了浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应计算模型,并对规则波和剪切风作用下Spar型浮式风机的气动—水动—气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明,风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著,而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外,风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角,同时,浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地,叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。 展开更多
关键词 浮式风机 叶片变形 弹性致动线模型 载荷 耦合响应
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垂荡板对浮式风机水动—气动耦合性能影响研究 被引量:9
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作者 郑建才 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第1期65-73,共9页
随着风电产业向深远海发展,浮式风机已经成为海上风机未来的发展趋势。由于复杂的风浪联合环境载荷作用,浮式风机作业时通常会产生大幅度的运动响应,这一方面会使得浮式风机系统受到的水动力载荷更加复杂,另一方面会影响浮式风机的输出... 随着风电产业向深远海发展,浮式风机已经成为海上风机未来的发展趋势。由于复杂的风浪联合环境载荷作用,浮式风机作业时通常会产生大幅度的运动响应,这一方面会使得浮式风机系统受到的水动力载荷更加复杂,另一方面会影响浮式风机的输出功率。因此,如何有效地抑制浮式风机系统的运动响应就成为了设计的关键。基于非稳态致动线模型和两相流求解器naoeFOAM-SJTU,进行了带垂荡板的浮式风机耦合性能研究。首先在OC3-Hywind Spar平台上附加垂荡板,并结合NREL-5 MW风力机建立带垂荡板的浮式风机模型。其次对比不同形状的垂荡板对Spar-5 MW型浮式风机气动—水动耦合结果,分析相同风浪联合作用条件下垂荡板形状对浮式风机耦合响应的影响。研究结果表明:垂荡板能够减小纵荡和垂荡等运动响应幅值,但是对纵摇运动响应影响较小;当垂荡板直径和吃水位置相同时,相同风浪条件下圆形垂荡板能使浮式风机的气动平均功率增大约0.844%,而正方形垂荡板却使平均功率减小1.492%,这说明圆形垂荡板对浮式风机系统的作用效果整体而言优于正方形。 展开更多
关键词 非稳态致动线模型 naoeFOAM-SJTU求解器 垂荡板 —气耦合 浮式风机 海上风电
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不同入流条件及偏航角下的单风机尾流特性
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作者 黄国庆 刘廷林 +3 位作者 闫渤文 莫蕊瑜 邓晓蔚 信志强 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第3期115-123,共9页
随着大型风电基地建设,上游风机在运行时会使下游风场风速下降,湍流度增大,造成下游风机发电功率降低,加剧风机的疲劳破坏并缩短其服役周期。因此,亟需开展风机尾流研究,明确其特性及演化规律。为了揭示不同入流及偏航角下的单风机尾流... 随着大型风电基地建设,上游风机在运行时会使下游风场风速下降,湍流度增大,造成下游风机发电功率降低,加剧风机的疲劳破坏并缩短其服役周期。因此,亟需开展风机尾流研究,明确其特性及演化规律。为了揭示不同入流及偏航角下的单风机尾流特性,基于单风机尾流风洞试验,验证基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)结合致动线模型(Actuator Line Model,ALM)数值模拟方法的准确性;基于LES-ALM模拟方法研究入流风场(包括风速及湍流度)及偏航角对风机尾流特性的影响,阐明正负偏航角下单风机尾流的对称性。结果表明:随着背景湍流度的增大,风机尾流恢复速度加快;当入流条件相同时,风机设置正负对称偏航角,其尾流风速也表现出一定的对称性;风机偏航角越大,风机尾流膨胀宽度会逐渐减小,并降低尾流风速的亏损程度。 展开更多
关键词 单风机尾流 偏航角 大涡模拟-致动线模型 来流条件
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风力机组尾迹控制策略研究 被引量:2
11
作者 王渊博 李春 +2 位作者 缪维跑 丁勤卫 郝文星 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第7期584-589,596,共7页
为减小风力机尾迹的影响,以实现风场总功率最大化及风力机组气动性能全局协调控制的目标,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法,基于致动线模型,利用开源CFD软件OpenFOAM对9种风力机组偏航控制及9种风场错列布置进行数值模拟,... 为减小风力机尾迹的影响,以实现风场总功率最大化及风力机组气动性能全局协调控制的目标,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法,基于致动线模型,利用开源CFD软件OpenFOAM对9种风力机组偏航控制及9种风场错列布置进行数值模拟,比较这18种方案的风场总功率,并结合流场参数分析不同尾迹控制策略影响风场下游风力机的流动机理.结果表明:尾迹对下游风力机气动性能影响严重;2种尾迹控制方法均可实现全风场优化,其中各偏航控制下,风场总功率最大可提高35.3%,风场错列布置时最大可提高68.5%. 展开更多
关键词 风力机组 尾迹 偏航 错列 OPENFOAM 致动线模型
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带偏航角串列式两风机复杂尾流场数值模拟 被引量:8
12
作者 段鑫泽 程萍 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2019年第2期50-58,共9页
在多风机风电场中,通过主动调节上游风机的偏航角度,抑制上游风机尾流对下游风机的影响,减少风力机机组之间的尾流相互干扰,以达到提高整个风电场效率的目的。采用基于开源平台Open FOAM自主开发的FOWT-UALM-SJTU求解器中风电场求解模块... 在多风机风电场中,通过主动调节上游风机的偏航角度,抑制上游风机尾流对下游风机的影响,减少风力机机组之间的尾流相互干扰,以达到提高整个风电场效率的目的。采用基于开源平台Open FOAM自主开发的FOWT-UALM-SJTU求解器中风电场求解模块ALMWindFarmFoam,将致动线模型与CFD方法相结合,利用大涡模拟(LES)计算研究当上游风机处于不同偏航角度时,两风机之间的复杂尾流干扰效应。对比分析偏航角度改变时,上下游风机气动功率的输出特性,尾流速度变化以及风机的尾涡结构。数值模拟结果表明:在上下游风机沿流向方向距离保持不变的情况下,随着上游风机偏航角度的变化,上下游风机的尾流干扰现象以及下游风机的入流条件会发生明显改变,并会对下游风机的气动功率输出以及两风机风电场的整体流场产生显著影响。 展开更多
关键词 风电场 偏航角 致动线模型 功率 尾流干扰效应 大涡模拟
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复杂大气入流下海上风机力学特性研究 被引量:3
13
作者 徐顺 赵伟文 万德成 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期872-880,I0001,共10页
随着风能技术的不断进步,风机叶片逐渐向大型化发展,这使得真实复杂大气入流对风机运行性能的影响愈发显著.为研究真实复杂大气入流下海上风机的力学特性响应,利用基于大涡模拟的域前模拟方法生成复杂大气入流,并结合致动线模型模拟风... 随着风能技术的不断进步,风机叶片逐渐向大型化发展,这使得真实复杂大气入流对风机运行性能的影响愈发显著.为研究真实复杂大气入流下海上风机的力学特性响应,利用基于大涡模拟的域前模拟方法生成复杂大气入流,并结合致动线模型模拟风机叶片,对中性复杂大气入流下海上固定式风机进行数值模拟,重点分析风机的气动性能及转子和叶片根部的力学特性,并与均匀入流计算工况进行对比.计算结果表明,中性复杂大气入流中的大尺度低速气流团使得风机气动功率输出值在较长一段时间处于较低水平,此外,中性复杂大气入流的高湍流强度特征使得风机气动功率的变化幅值和标准差较均匀入流工况大幅增加;风机轴向推力的标准差值增加到均匀入流的53倍,中性复杂大气入流的来流流场扰动引起偏航力矩的最大值、均方根和标准差分别增加到均匀入流的10、4.4和4.3倍;速度垂向分布的不均匀性以及轮毂高度附近的大尺度低速羽流结构导致摆振剪力和弯矩的标准差响应值分别为均匀入流的2倍和4.6倍. 展开更多
关键词 海上风机 复杂大气入流 域前模拟 致动线模型 力学特性
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偏航对下游风力机功率和尾流特性的影响
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作者 张健美 盖晓平 +1 位作者 张旭耀 李泽 《绿色科技》 2022年第20期233-235,共3页
以串列布局的2台NREL 5 MW风力机为研究对象,采用致动线模型和大涡模拟相结合的研究方法,分析了当2台机组的间距一定时,上游风力机偏航对下游机组尾流和功率特性的影响。结果表明:随着上游机组偏航角的增大,尾流的偏斜程度增大;当2台机... 以串列布局的2台NREL 5 MW风力机为研究对象,采用致动线模型和大涡模拟相结合的研究方法,分析了当2台机组的间距一定时,上游风力机偏航对下游机组尾流和功率特性的影响。结果表明:随着上游机组偏航角的增大,尾流的偏斜程度增大;当2台机组的间距为6D,上游风力机来流风速为8 m/s时,上游机组偏航角由20°增大到40°时,上游风力机的输出功率减小了29.8%,下游风力机的输出功率增大了21.5%,两台机组总的输出功率减小了7.4%。 展开更多
关键词 风力机 偏航 尾流 致动线模型 大涡模拟
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