基于致动面模型的风电场尾流特性模拟研究

发布时间：2018-05-29 05:46

  本文选题：风电场 + 三维改进致动面模型　； 参考：《中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)》2017年硕士论文

【摘要】：随着人类对清洁能源需求的不断增加,风力机及风电场都趋于大型化发展,复杂地形风场的开发也变得尤为重要,这使得风电场中多风力机尾流干涉及地形效应变得更为复杂,给风电场的流场研究和微观选址带来更严峻的挑战。而致动模型的发展给大尺度风电场的模拟带来了可能。论文在OpenFOAM平台上利用致动面方法对复杂风况下不同布机形式的风电场及山体地形风电场尾流进行了研究,揭示了不同工况下风场流动特点,为不同风资源条件及复杂地形风电场布机提供了参考,主要完成了以下几个方面的工作:(1)三维改进致动面模型的准确性验证。在OpenFOAM平台实现了三维改进致动面方法对Phase VⅥ风力机流场的成功模拟,并经过无关性验证,确定模型计算网格精度和能清晰捕捉流场信息的高斯半径ε = 2Ar。对比Phase VⅥ风力机全尺度实验数据,改进致动模型计算得到的风力机叶片表面力分布与实验值吻合较好。最后,对比相同条件下的致动线模型,改进致动面模型能更清晰地捕捉到风力机叶尖和叶根脱落涡,能较好地模拟风力机尾流与周围流场的掺混作用,以此验证了模型的可靠性。(2)复杂风况风电场尾流特性研究。利用三维改进致动面模型模拟复杂风况下不同布机风场尾流,分析剪切和湍流风况下风电场尾流速度场、涡量场,对比上下游风力机的计算轴功率、尾流速度损失及尾流场湍流强度。剪切风况串排列阵尾流叠加风场尾流与地面干涉作用较强,摆动现象明显;错排列阵风场下游风力机入流速度增加,风剪切作用减弱。湍流风况串排叠加尾流蜿蜒现象增强,下游风力机尾流恢复速率较快,尾涡系为面涡结构;错排叠加尾流速度亏损较小,涡量值较小,尾流叠加区出现方向相反的对涡,加速了耗散。综合以上因素建议在风资源剪切作用较强的风场采用错排列阵布机形式,在风资源湍流脉动较强的风场采用串排列阵布机形式。(3)山体地形风电场尾流特性探索研究。利用pisoFoam求解器模拟不同高度山体流场以及同一高度山体不同入流风速流场,发现随山体高度增加背风面影响范越大,山顶的加速效应也越强,但山体背风面涡旋低速区均在下游3倍山体延伸半径处恢复;同一高度山体速度场和涡量场分布相似,山顶的加速比相同,但高风速下山体背风面涡旋范围沿流向变长,纵向变短。以无风力机山体流场为初始速度场利用致动面模型模拟不同位置布机风电场尾流,发现受山体尾流的影响风力机尾流叶尖、叶根涡生存周期较短,山体表面脱落面涡在涡旋尾流区后与风力机尾流叠加破碎,导致风力机尾流场的不稳定性增强。
[Abstract]:With the increasing demand for clean energy, wind turbines and wind farms tend to develop on a large scale, and the development of complex topographic wind fields becomes particularly important. It brings more serious challenge to wind farm flow field research and micro-location. The development of actuation model makes it possible to simulate large scale wind farm. In this paper, the wake of wind farm and mountain terrain wind farm under complex wind conditions are studied by using the method of actuation surface on OpenFOAM platform, and the characteristics of wind field flow under different conditions are revealed. This paper provides a reference for wind farm with different wind resource conditions and complex terrain, and mainly completes the following work: 1) the veracity of the 3D improved actuator surface model is verified. The simulation of Phase V 鈪，

本文编号：1949729