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上游山脉对风力机尾流和功率影响的模拟研究
1
作者 张子瑜 黄鹏 曹曙阳 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期97-109,共13页
更好地了解山地上风力机尾流和功率特性有助于山地风电场的布局设计。本研究采用高精度的大涡模拟(large-eddy simulation, LES)研究了上游山脉对下游山脉顶部风力机的尾流和功率性能的影响。在基于伪谱法的LES框架中,本文分别使用了滤... 更好地了解山地上风力机尾流和功率特性有助于山地风电场的布局设计。本研究采用高精度的大涡模拟(large-eddy simulation, LES)研究了上游山脉对下游山脉顶部风力机的尾流和功率性能的影响。在基于伪谱法的LES框架中,本文分别使用了滤波致动盘模型和浸入边界法模拟风力机和山脉对气流的作用。研究表明,LES结果与实验测量的速度和湍动能吻合很好,对湍动能的预测优于雷诺平均Navier-Stokes(Reynolds average Navier-Stokes, RANS)方法。在山脉风力机尾流的模拟中,研究发现风力机尾迹中心轨迹在山顶下风处向下偏转。与孤立山地相比,双峰型山地的尾流恢复速度更快,其恢复速率随着山脉间距的增加先增加后减少。对于有山脉情况,尽管由于气流的加速效应,高斯分布与尾流速度亏损分布在尾流下边缘存在差异,但高斯曲线仍然适用于近似风力机尾流的速度亏损。此外,因为上游山脉尾迹会扩散且到达下游山脉迎风面时会被抬升,所以当山脉间距达到一定距离时,风轮会完全浸没在上游山脉尾迹中,导致风力机功率性能受到上游山脉的不利影响,随着山脉间距的增加先下降后上升。本研究加深了对山地风力机尾流特性和功率性能的认识,对山区风电场的布局设计具有指导意义。 展开更多
关键词 风能 大涡模拟 大气边界层 山脉 风力机尾流 功率性能
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基于二维代理模型的风力机尾流计算和风电场布局优化
2
作者 龙海芳 李正农 潘月月 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期65-76,共12页
针对现有风力机尾流采用计算流体力学方法(CFD)进行数值模拟遇到的网格数量多、计算资源需求大的问题,提出采用二维代理模型的风力机尾流数值模拟方法,并将此代理模型运用于风电场的布局优化中。首先对单台风力机的尾流进行数值模拟研究... 针对现有风力机尾流采用计算流体力学方法(CFD)进行数值模拟遇到的网格数量多、计算资源需求大的问题,提出采用二维代理模型的风力机尾流数值模拟方法,并将此代理模型运用于风电场的布局优化中。首先对单台风力机的尾流进行数值模拟研究,并根据现场实测数据对模拟结果进行检验;其次将代理模型运用于多台风力机的风电场模拟中,分析风力机在不同来流风向角下尾流效应情况。最后结合风速风向玫瑰图计算多台等距矩形布置的风电场的年发电量,分析风电场与N(北)方向的夹角与风电场年发电量的关系。仿真表明:现场实测数据和模拟数据相关程度高且误差较小,验证了二维代理模型的可行性和计算结果的准确性。风电场与N(北)方向的夹角在0°~40°范围内时,夹角大于0°时的风电场年发电量均大于夹角等于0°时的年发电量;风电场布局优化时选择合适的风电场与N(北)方向的夹角有利于提高风电场的年发电量,提高经济效益。 展开更多
关键词 计算流体力学 风电场 数值模拟 风力机尾流 二维代理模型
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基于改进k-ω SST模型的风力机尾流数值模拟 被引量：10
3
作者 杨祥生 赵宁 田琳琳 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期920-927,共8页
基于双方程k-ω SST模型提出两种改进湍流模型,采用丹麦科技大学的自编求解器EllipSys3D结合致动盘方法,对单台风力机尾流流场进行数值模拟。该文将SST-sust模型引入到风力机尾流的数值研究中,为了更进一步增大预测到的湍流强度和提高... 基于双方程k-ω SST模型提出两种改进湍流模型,采用丹麦科技大学的自编求解器EllipSys3D结合致动盘方法,对单台风力机尾流流场进行数值模拟。该文将SST-sust模型引入到风力机尾流的数值研究中,为了更进一步增大预测到的湍流强度和提高尾流恢复速度,提出SST-Csust模型和SST-Dsust模型,它们是在SST-sust模型的基础上分别调整湍流模型的封闭常系数、修正ω方程的耗散项。通过与理论、实验以及LES模型进行对比分析,结果表明该文提出的改进模型在尾流区速度分布和湍流强度分布的预测方面可取得较好的应用效果。 展开更多
关键词 k-ω SST湍流模型 风力机尾流 EllipSys3D求解器 致动盘(AD)模型
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不同布置方案风力机尾流及相互作用的实验研究 被引量：3
4
作者 杨瑞 王小丽 +1 位作者 王强 张志勇 《西华大学学报（自然科学版）》 CAS 2016年第3期80-88,共9页
以不同布置方案的风力机尾流场为研究对象,运用压差式风速仪对风力机尾流场的相互作用进行研究。对于2台风力机,当下游风力机(第2台风力机)全部或部分置于上游风力机(第1台风力机)的尾流场时,对下游风力机的尾流场进行测量。实验结果表... 以不同布置方案的风力机尾流场为研究对象,运用压差式风速仪对风力机尾流场的相互作用进行研究。对于2台风力机,当下游风力机(第2台风力机)全部或部分置于上游风力机(第1台风力机)的尾流场时,对下游风力机的尾流场进行测量。实验结果表明:当下游风力机全部置于上游风力机尾流场时,近尾流场受上游风力机尾流的影响较大,远尾流场受上游风力机尾流的影响较小,当两风力机轴向距离5D时,上游风力机对下游风力机的影响整体较小,且来流逐渐融合,表现出小幅度波动现象;当下游风力机部分置于上游风力机尾流场时,处于尾流场中的部分受上游风力机尾流(主要是叶尖涡)的影响,与尾流区外的相比,该部分的尾流区速度损失严重,但稳定性较好,当风力机横向距离大于1.5D时,随着横向距离的增大,轴向速度逐渐增大;随着轴向距离的增大,2种布置方案下轴向速度的变化幅度均逐渐减小。 展开更多
关键词 风力机尾流场 布置方案 相互作用 轴向速度 轴向诱导速度 实验研究
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湍流度对水平轴风力机尾流及转矩特性的影响 被引量：3
5
作者 李德顺 苏进诚 +1 位作者 李银然 郭涛 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第1期47-53,共7页
基于一台33 kW的水平轴风力机,利用大涡模拟耦合致动线的方法,模拟均匀来流以及不同湍流度来流条件下的风力机尾流流场,研究湍流度对水平轴风力机尾流及转矩特性的影响.结果表明:湍流来流时风力机尾流与周围流场的能量交换比均匀来流时... 基于一台33 kW的水平轴风力机,利用大涡模拟耦合致动线的方法,模拟均匀来流以及不同湍流度来流条件下的风力机尾流流场,研究湍流度对水平轴风力机尾流及转矩特性的影响.结果表明:湍流来流时风力机尾流与周围流场的能量交换比均匀来流时更强,湍流掺混速度更快,从而使得尾流区速度恢复加快,且湍流度越大,速度恢复越快;相较于均匀来流,湍流来流时风力机尾流速度的最大亏损率减小,但湍流度大小对尾流速度最大亏损率影响较小;尾流半径增长速率在风轮平面至风轮后两倍直径范围内逐渐减小,在两倍直径之后基本不变;湍流会使尾流膨胀程度增强,且湍流度越大,膨胀程度越强;在11 m/s风速条件下,湍流度增大导致风轮转矩时均值减小,波动幅度增大,风轮转矩在高频与低频部分的能量升高,并且低频部分能量升高得更快. 展开更多
关键词 风力机尾流 湍流度 尾流半径 风轮转矩
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基于OpenFOAM的层结性对风力机尾流大气参数的影响 被引量：1
6
作者 吴正人 张智博 +2 位作者 刘梅 杜思源 张雷 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期926-931,共6页
层结性是影响大气参数变化的重要因素,不同的层结状态会对风力机尾流大气参数产生不同的影响。文章基于开源CPD平台OpenFoam,并结合大涡模拟和大气边界层理论,开发编译了特定求解器下的风力机模型,实现不同层结状态下风力机尾流对大气... 层结性是影响大气参数变化的重要因素,不同的层结状态会对风力机尾流大气参数产生不同的影响。文章基于开源CPD平台OpenFoam,并结合大涡模拟和大气边界层理论,开发编译了特定求解器下的风力机模型,实现不同层结状态下风力机尾流对大气参数影响的研究。研究结果表明:稳定层结下风力机尾流的影响范围远,不稳定层结的风速损失较小,两种层结状态下风速分布规律相似;在轮毂高度处,不稳定层结下温度下降,稳定层结则上升;与来流大气温度相比,不稳定层结的远尾流区温度变化明显。在风轮高度以下及3d(风轮直径)以上区域,风力机后各处的温度分布不受尾流发展的影响;在风轮高度以下区域,不稳定层结下的尾流温度比来流大气温度低,而稳定层结则相反。 展开更多
关键词 风力机尾流 大气边界层 大气层结 大涡模拟
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水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化 被引量：1
7
作者 李德顺 胡进森 +3 位作者 于佳鑫 郭涛 焦选平 李仁年 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2020年第3期64-69,共6页
基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33 kW水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化过程.研究发现,随着距风轮平面距离的增大,尾流中各测点的平均速度先减小后逐渐增大,速度波动的幅值呈减小趋势;风轮后7倍直径内,... 基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33 kW水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化过程.研究发现,随着距风轮平面距离的增大,尾流中各测点的平均速度先减小后逐渐增大,速度波动的幅值呈减小趋势;风轮后7倍直径内,速度曲线具有明显的周期性,反映出脱落涡通过频率为1.80 Hz,其为风轮旋转频率的两倍.风轮后1倍直径测点处的叶尖涡所在的频率为0.78~25.00 Hz,形成的涡管通过该测点的时间约为0.32 s,涡管直径约为1.83 m;3倍直径测点处出现了0.15~0.78 Hz的低频率湍流结构;7倍直径测点处叶尖涡的频率为1.56~25.00 Hz,相比7倍直径测点之前的叶尖涡频率范围有大幅减小;8倍直径测点处,与近尾流区域相似的叶尖涡的涡管形状消失;9倍直径测点处叶尖涡基本完全耗散. 展开更多
关键词 风力机尾流 湍流结构 小波变换
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动态风向对风力机尾流演化规律的影响 被引量：1
8
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 动态偏航
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改进风力机三维尾流模型及其风速预测准确性研究 被引量：2
9
作者 汪泉 柳柏杨 +1 位作者 胡聪 王冯云 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期773-779,共7页
针对大型风力机受来流风切变影响,风速差最大达到30%的问题,文章以2D_K Jensen尾流模型为基础,提出了一种改进的三维尾流模型。该模型基于质量守恒理论,通过综合考虑入流的风切变效应、尾流区域的湍流强度分布和各异性的尾流扩展率等因... 针对大型风力机受来流风切变影响,风速差最大达到30%的问题,文章以2D_K Jensen尾流模型为基础,提出了一种改进的三维尾流模型。该模型基于质量守恒理论,通过综合考虑入流的风切变效应、尾流区域的湍流强度分布和各异性的尾流扩展率等因素,修正垂直剖面尾流速度的非对称分布,提高了尾流模型在近尾流区的预测精度。通过与风洞实验测试数据进行对比分析,发现文章提出的修正模型在近尾流区与风洞测试数据吻合较好。该模型能够较好地预测单个风力机尾流区域的速度分布,且无需数值模拟确定经验参数,可用于风电场的微观选址和发电量评估。 展开更多
关键词 三维尾流模型 风力机尾流 风切变效应
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