風(fēng)機尾流研就.

1、第三章第三章 風(fēng)電場風(fēng)機尾流模型研究風(fēng)電場風(fēng)機尾流模型研究 風(fēng)電場三維流場模擬 改進的一維尾流模型改進的一維尾流模型 風(fēng)機尾流迭加模型風(fēng)機尾流迭加模型一維線性擴張尾流模型 二維軸對稱渦漩粘尾流模型 基于CFD理論的三維尾流模型 風(fēng)機葉片的設(shè)計、風(fēng)機模型的建立 風(fēng)電場模型的建立和網(wǎng)格劃分 風(fēng)電場流場模擬的條件設(shè)定 現(xiàn)有一維線性尾流模型中存在的缺陷現(xiàn)有一維線性尾流模型中存在的缺陷 改進的一維風(fēng)機尾流模型的推導(dǎo)改進的一維風(fēng)機尾流模型的推導(dǎo) 非線性尾流模型中的系數(shù)確定非線性尾流模型中的系數(shù)確定 采用一維非線性尾流模型的算例分析采用一維非線性尾流模型的算例分析 考慮推力系數(shù)考慮推力系數(shù)CT變化的算例分析

2、變化的算例分析 目前常用的風(fēng)機尾流迭加模型目前常用的風(fēng)機尾流迭加模型 完整的風(fēng)機尾流迭加模型完整的風(fēng)機尾流迭加模型 尾流迭加模型的計算分析尾流迭加模型的計算分析 風(fēng)機尾流模型概述 風(fēng)電場三維流場模擬（計算對比）（計算對比）風(fēng)機群風(fēng)機群幾個基本概念幾個基本概念 風(fēng)機尾流效應(yīng)風(fēng)機尾流效應(yīng) 風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機后，由于風(fēng)輪吸收了部分風(fēng)能，風(fēng)機下游風(fēng)速會出現(xiàn)風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機后，由于風(fēng)輪吸收了部分風(fēng)能，風(fēng)機下游風(fēng)速會出現(xiàn)一定程度的突變減小，而后逐漸恢復(fù)。一定程度的突變減小，而后逐漸恢復(fù)。 給定面積的風(fēng)電場給定面積的風(fēng)電場 風(fēng)機數(shù)量布置越多風(fēng)機數(shù)量布置越多 - 發(fā)電量越大發(fā)電量越大 - 成本越高成本越高 地形變化不大的風(fēng)

3、電場地形變化不大的風(fēng)電場 除平原和海上風(fēng)電場外，還包括：草原、丘陵、沿海、沿湖等地除平原和海上風(fēng)電場外，還包括：草原、丘陵、沿海、沿湖等地區(qū)的風(fēng)電場，以及山澗內(nèi)的較平坦區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電場。區(qū)的風(fēng)電場，以及山澗內(nèi)的較平坦區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電場。風(fēng)機尾流模型概述風(fēng)機尾流模型概述風(fēng)電場風(fēng)機尾流模型風(fēng)電場風(fēng)機尾流模型 一維線性尾流模型：（主要用于風(fēng)機優(yōu)化布置）一維線性尾流模型：（主要用于風(fēng)機優(yōu)化布置） Park模型與修正模型與修正Park模型模型 二維軸對稱渦漩粘性模型：（主要用于發(fā)電量計算）二維軸對稱渦漩粘性模型：（主要用于發(fā)電量計算） GH模型、模型、UO模型和模型和FLaP模型模型 完整的三維完整的三維CF

4、D計算模型：計算模型： RGU模型、模型、WT模型模型不同尾流模型的核心部分是如何精確模擬風(fēng)輪后尾流狀況。不同尾流模型的核心部分是如何精確模擬風(fēng)輪后尾流狀況。一維線性尾流模型一維線性尾流模型在在PARK模型與修正模型與修正PARK模型中，不考慮湍流效應(yīng)的影響，近似認模型中，不考慮湍流效應(yīng)的影響，近似認為尾影響區(qū)域流隨著距離線性擴張，風(fēng)輪后風(fēng)速按照線性恢復(fù)，風(fēng)為尾影響區(qū)域流隨著距離線性擴張，風(fēng)輪后風(fēng)速按照線性恢復(fù)，風(fēng)輪影響區(qū)是圓錐形，且沿截面均勻分布輪影響區(qū)是圓錐形，且沿截面均勻分布 。WAsP和和Windfarmer軟件中風(fēng)機優(yōu)化布置計算模塊中均采用該模型。軟件中風(fēng)機優(yōu)化布置計算模塊中均采用該

5、模型。 2100)1 (1niwjwuuuunjuMinuwjw . 2 , 1 2t2 111kxDDCUUiw二維軸對稱渦漩粘尾流模型二維軸對稱渦漩粘尾流模型二維軸對稱渦漩粘性理論的尾流模型考慮了自由空氣和風(fēng)機運行對風(fēng)輪后風(fēng)二維軸對稱渦漩粘性理論的尾流模型考慮了自由空氣和風(fēng)機運行對風(fēng)輪后風(fēng)速的湍流影響，風(fēng)速沿截面方向非均勻分布。速的湍流影響，風(fēng)速沿截面方向非均勻分布。 Windfarmer中的發(fā)電量計算模塊采用該計算模型。中的發(fā)電量計算模塊采用該計算模型。一般采用二維軸對稱假設(shè)以及渦漩粘性理論求解N-S方程?；诨贑FD理論的三維尾流模型理論的三維尾流模型三維尾流計算模型把不同方向的平均

6、風(fēng)速、平均湍流脈動以及平均壓力作為三維尾流計算模型把不同方向的平均風(fēng)速、平均湍流脈動以及平均壓力作為自變量，對湍流項采用不同的方法進行分解，并設(shè)定上邊界、側(cè)邊界、地面自變量，對湍流項采用不同的方法進行分解，并設(shè)定上邊界、側(cè)邊界、地面邊界以及進出口邊界條件，求解邊界以及進出口邊界條件，求解N-S方程得到流場中各網(wǎng)格點處的參數(shù)值。方程得到流場中各網(wǎng)格點處的參數(shù)值。 質(zhì)量守恒、動量守恒定律、湍流描述方程質(zhì)量守恒、動量守恒定律、湍流描述方程風(fēng)機葉輪模型風(fēng)機葉輪模型坐標轉(zhuǎn)換坐標轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)變換Solid works 建模建模Gambit 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格Fluent求解器求解器 計計 算算 結(jié)結(jié) 果

7、果風(fēng)電場流場模擬的條件設(shè)定風(fēng)電場流場模擬的條件設(shè)定轉(zhuǎn)動條件：轉(zhuǎn)動條件：采用采用MRF(Moving Reference Frame)來研究三維的旋轉(zhuǎn)風(fēng)場。來研究三維的旋轉(zhuǎn)風(fēng)場。假定條件假定條件：（1）來流均勻不變；（）來流均勻不變；（2）穩(wěn)態(tài)不可壓縮空氣流動問題；）穩(wěn)態(tài)不可壓縮空氣流動問題；（3）流動過程與外界無換熱；）流動過程與外界無換熱；求解方法求解方法：k-epsil方程方程 + 壁函數(shù)法壁函數(shù)法 + 壓力壓力-速度耦合采用速度耦合采用simple算法算法 + 離散格式采用二階迎風(fēng)格式。離散格式采用二階迎風(fēng)格式。邊界條件邊界條件：風(fēng)洞入口為速度入口條件；風(fēng)洞出口為壓力條件或自由風(fēng)洞入口為

8、速度入口條件；風(fēng)洞出口為壓力條件或自由出流；小控制體的各面設(shè)定邊界條件為出流；小控制體的各面設(shè)定邊界條件為interface(適用于網(wǎng)格不一致的適用于網(wǎng)格不一致的情況情況)。風(fēng)洞壁面選擇邊界條件為。風(fēng)洞壁面選擇邊界條件為wall。對于粘性流動，物面速度采用。對于粘性流動，物面速度采用無滑移條件。無滑移條件?，F(xiàn)有一維線性尾流模型中存在的缺陷現(xiàn)有一維線性尾流模型中存在的缺陷XY線性尾流三維計算尾流（一）尾流影響區(qū)域假設(shè)的不合理（一）尾流影響區(qū)域假設(shè)的不合理 影響主要有兩點：影響主要有兩點：（a）造成風(fēng)速計算不準確，且隨距離的增大，計算偏差較大；）造成風(fēng)速計算不準確，且隨距離的增大，計算偏差較大；（

9、b）在判斷下游風(fēng)機是否處在上游風(fēng)機的尾流影響區(qū)域內(nèi)時，由于尾流區(qū)）在判斷下游風(fēng)機是否處在上游風(fēng)機的尾流影響區(qū)域內(nèi)時，由于尾流區(qū) 域的假設(shè)不合理，判斷結(jié)果將出現(xiàn)偏差。域的假設(shè)不合理，判斷結(jié)果將出現(xiàn)偏差。（二）推力系數(shù)（二）推力系數(shù)CT 假設(shè)的不合理假設(shè)的不合理 u 推力系數(shù)推力系數(shù)CT對風(fēng)機尾流直徑等參數(shù)的計算有一定的影響；對風(fēng)機尾流直徑等參數(shù)的計算有一定的影響； u 造成下游風(fēng)機風(fēng)速計算出現(xiàn)偏差。造成下游風(fēng)機風(fēng)速計算出現(xiàn)偏差。現(xiàn)有一維線性尾流模型中存在的缺陷現(xiàn)有一維線性尾流模型中存在的缺陷改進的一維風(fēng)機尾流模型改進的一維風(fēng)機尾流模型u0uDDaD0控制體x尾流模型的概化流場示意圖尾流模型的概化

10、流場示意圖 AACuuT02) 1 ( 0/1)(DtxbxDn)(ufCTu 在提高計算結(jié)果的精確性的同時，保證了一維尾流模型計算的簡便性。在提高計算結(jié)果的精確性的同時，保證了一維尾流模型計算的簡便性。u 降低了由風(fēng)機尾流影響區(qū)域的錯誤判斷對計算結(jié)果造成的影響。降低了由風(fēng)機尾流影響區(qū)域的錯誤判斷對計算結(jié)果造成的影響。 風(fēng)機尾流非線性擴張模型中的系數(shù)確定風(fēng)機尾流非線性擴張模型中的系數(shù)確定（一）系數(shù)（一）系數(shù)b 的確定：的確定： 在在x = 0 處，風(fēng)機后尾流影響直徑的突然擴大，保證其連續(xù)性。處，風(fēng)機后尾流影響直徑的突然擴大，保證其連續(xù)性。（二）系數(shù)（二）系數(shù)n 的確定：的確定： 系數(shù)系數(shù)n決定

11、風(fēng)機尾流包絡(luò)線的曲率，基于經(jīng)驗以及相關(guān)試驗成果得到。決定風(fēng)機尾流包絡(luò)線的曲率，基于經(jīng)驗以及相關(guān)試驗成果得到。（三）系數(shù)（三）系數(shù)t 的確定：的確定： （1）聯(lián)合線性模型確定；）聯(lián)合線性模型確定； （2）基于經(jīng)驗以及相關(guān)試驗成果得到。）基于經(jīng)驗以及相關(guān)試驗成果得到。一維非線性擴張尾流模型的算例分析一維非線性擴張尾流模型的算例分析一維非線性模型計算結(jié)果更接近三維數(shù)值模擬計算結(jié)果一維非線性模型計算結(jié)果更接近三維數(shù)值模擬計算結(jié)果考慮推力系數(shù)考慮推力系數(shù)CT變化的算例分析變化的算例分析風(fēng)機臺數(shù)越多，風(fēng)機間隔距離越小，風(fēng)機總出力的計算誤差越大。風(fēng)機臺數(shù)越多，風(fēng)機間隔距離越小，風(fēng)機總出力的計算誤差越大。風(fēng)機

12、尾流迭加模型研究風(fēng)機尾流迭加模型研究un2uu1. .2uu1un -1nu(a) 情況情況1 (b) 情況情況2 尾流迭加原理是不同的，尾流迭加原理是不同的，計算公式應(yīng)該有所區(qū)別。計算公式應(yīng)該有所區(qū)別。2100)1 (1niwjwuuuu 尾流迭加的兩種情況：尾流迭加的兩種情況：風(fēng)機尾流迭加模型研究風(fēng)機尾流迭加模型研究 尾流迭加情況尾流迭加情況1：un2uu1A2nA0uu0nnnnnnnnnnAuuuAuuuAuuuAuuu)()()()(1, 1, 11, 123232231313113121011111313113121)()(TnnnCuAAuuuAuuuT2220222223232

13、23221)()(TnnnCuAAuuuAuuuT1,220, 1, 11, 1121)(nTnnnnnnnnCuAAuuuT 1212112122121)()(AuuuAuuuT風(fēng)機尾流迭加模型研究風(fēng)機尾流迭加模型研究 尾流迭加情況尾流迭加情況2： Un-1,nn-1,nAA1n1nUUnnA).(2)2)(1)()()( )()()()(1, 223131221,.,2, 1121, 11, 1222111nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnAAAAnnuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu12101111121)(TnnnCuAAuuuT22202222221)(TnnnCuAAuuuT1,210, 1, 11, 1121)(nTnnnnnnnnnCuAAuuuTcscsndsnuuudVtTTT)(121風(fēng)機尾流迭加模型研究風(fēng)機尾流迭加模型研究(a) 情況情況1 (b) 情況情況2 兩種情況下，推導(dǎo)建立的尾流迭加模型的計算結(jié)果更為合理、精確。兩種情況下，推導(dǎo)建立的尾流迭加模型的計算結(jié)果更為合理、精確。本章小結(jié)本章小結(jié)u 推導(dǎo)建立了推導(dǎo)建立了更加準確、合理的更加準確、合理的一維非線性尾流擴張模型；一維非線性尾流擴張模型； u 給出了一維非線性尾流擴張模型中系數(shù)的確定方法；給出了一維非