水平轴风力机尾流特性研究

发布时间：2020-07-23 16:32

【摘要】：随着人们对能源问题的日益看重,发展绿色环保的洁净能源也是大势所趋,洁净能源中的风能因其诸多优点有着很好的发展前景。随着如今风电场规模越来越大,风力机数量也与日俱增,风力机的布局就成为一个需要解决的研究项目。风力机布局要考虑到上游风力机发生的尾流对下游风力机的影响,为达到风力机的优化布局则需首先分析出尾流特性,保证其风场的发电效率。本文首先介绍了风力机空气动力学的基础理论,通过计算流体力学的方法解决其风力机尾流特性研究。由于风力机结构复杂,模拟多台风力机时难度较大,本文采用CFD和制动盘模型结合的压力降方法,当气流通过风轮时压力降低来体现出风轮提取能量的作用,然后进行单风机、双风机和单排风机的模拟,分析其尾流特性。具体研究内容如下:(1)介绍压力降方法和湍流模型并对单风力机模拟,所获模拟结果与实测数据进行对比分析。验证模型在2.5D处模拟结果与实测吻合较好,在7.5D处低估了速度。分析原因为SST κ-ω模型在下游湍流动能逐渐衰减并且实测的风机到下游7.5D之间存在一个处于停机的风力机。(2)对单风力机模拟结果的尾流处压力和速度分析,得出压力和速度在经过风轮后均会大幅度减小,速度较压力恢复缓慢。改变来流风速和推力系数,得出随着来流风速增加,速度亏损越小,尤其在近尾流区。(3)对双风机串列和错列布局模拟,分析压力速度变化,串列布置时,下游受上游风机尾流影响明显,错列布置时,大大削减了上游风机尾流对下游风机的影响。(4)对单排四台风机模拟,分别选取2D和4D行距。对所得模拟结果分析,随着行距增大,风机间所受影响越小,行距为4D时基本不受影响。选取两种来流风速,对比结果得出,随着风速增加,尾流处速度亏损减小,尾流宽度减小,尾流长度增加。分析行距2D四台风轮后方7.5D处速度分布发现,位置在外侧的两台风力机速度亏损小于内侧两台风力机,分析原因外侧风力机与周围大气环境融合程度大于内侧风力机。本文所得结论可以对风力机优化布局提供一定参考。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315
【图文】：

柱状图,装机容量,全球,递增速度

图 1-1 全球 2001 年至 2017 年新增装机容量Fig.1-1 New installed wind power capacity in the world from 2001 to 2017图 1-1 至 1-3 是 2018 年 2 月 14 日，全球风能理事会发布的全球风电市场年度报告。在图 1-1 的新增装机容量柱状图中看出 2017 年间全球新增装机容量52,573MW。比对自 2001 年至 2017 年新增装机容量可以看处，除 2013 年外，2001年至 2015 年，新增装机容量是逐渐递增，自 2015 年至 2017 年，新增装机容量有所下降。总体来说，2001 年之后几年风电装机容量的递增速度较快，近几年全球风电装机容量的递增速度逐渐放缓。

装机容量,风能,风电,风能储量

河北工程大学硕士学位论文1.3 国内外风能发展现状从上节的分析，可以看出我国风能储量丰富。随着全球人口增长，经济发展，能源消耗越来越大，作为可再生清洁能源的风能对于环保和气候改善有着非常重要的作用[4]。所以风能的开发利用也得到了迅速发展，风电也是目前风能利用常见形式。如今全球否给予丰厚的政策和经济支持。近些年国内外风电装机容量一直在不断增加。

容量,全球,风电

(a) 新增容量排名前十国家 (b)累计容量排名前十国家图 1-3 2017 年全球新增和累计容量排名前十国家Fig.1-3 Top 10 countries in terms of global new and cumulative wind power capacity in 2017从图 1-3 可以看出不管是新增容量还是累计容量，我国均是排在第一名的。其中我国和美国之和的新增容量已占到世界的半数，累计容量已超过半数，足见我国的风电事业在全球的地位显著。通过以上对全球风电装机容量的分析，看出风电技术发展已基本成熟，并且由于它的无污染和可再生的性质，得到各个国家的追捧与重视。从以上对全球风电装机容量的分析，可以看出这些年中国的风电行业迅猛发展。这都离不开我国的政策制定。2017 年 7 月国家能源局发布了《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》[5]，指明了未来几年的发展方向，也展示出国家对大力发展可再生能源的信心。同时也下发了《2017～2020 年风电新增建设规模方案》，对我国各省（区、市）自 2017 至 2020 年各年度风电建设规模做了明确指示。2017 至 2020 年，北京、天津、河北等 25 个省（区、市）

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