风电场湍流积分长度演变实验研究

发布时间：2021-12-18 01:20

　　实验研究5×3对齐式排布的风电场湍流积分长度（Λ）的演变规律,主流向和展向机组间距分别为10倍和2.5倍风力机直径（dT）。采用一维热线测速仪获得风电场不同位置的高分辨率流场数据。分析结果表明,Λ在水平面上呈近似对称分布,而在竖直方向上由于受边界层影响呈非对称分布。受旋转风力机的影响,Λ在风力机后方发生剧烈的衰减,而随着外部流场大尺度湍流微团的不断渗入,Λ随下游距离的增加逐步恢复。特别地,从第3排风力机尾流开始,风电场流场基本呈现稳定平衡状态,下游风力机前端位置的Λ约为整个风电场来流湍流积分长度的60%。在风电场上方约0.5 dT以上高度的流场结构受风电场影响较小。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

风洞试验设置

无量纲化的湍流边界层特性如图2所示。纵坐标数值基于风力机轮毂高度zhub无量纲化，虚线即代表轮毂高度，图2a和图2b横坐标基于轮毂高度的平均来流速度Uhub无量纲化，图2c相对于转轮直径dT无量纲化。实验的测量误差主要来源于：1）风洞风速控制电机的转速控制相对误差在0.2%以内；2）皮托管校准而产生的相对误差在0.1%以内；3）热线测速仪精度为0.001 V，相对误差在0.1%以内；4）环境温度改变造成的相对误差在0.2%以内；5）位移仪机械移动、测量点人工标定和风力机模型布置等共同造成的测量点位置相对误差在1%以内。综上，流场测量值的实际相对误差小于2%。

图3为水平和竖直平面无量纲平均流速分布图。其中，图3a对比了在第1、3和4排中心列风力机旋转平面后x/dT=1、9位置处平均流速水平面上的分布规律；图3b为相应位置在竖直平面上的分布（水平虚线代表叶尖位置）。可以看出，流体对风力机做功后，速度在风轮后方区域急剧衰减，尤其是在近尾流区（x/dT=1）轮毂中轴线附近，速度损失约为60%。随着位置向下游以及展向移动，外部流场高速流体逐渐渗入，并与低速尾流进行动量交换，促进尾流速度的恢复，在x/dT=9位置处，最大速度损失约为15%。注意到，在虚线之间的风轮轮廓内，相比于第1排风力机尾流，第3、4排近尾流场的速度损失相对更大，但是下游风力机尾流速度恢复速率更快，因此在远流场上、下游风力机速度相差不大。下游风力机近尾流场速度损失较大归因于下游风力机的来流受上游风力机尾流速度衰减影响，来流速度较小；而在远流场恢复较快，是由于上游风力机旋转产生的附加湍流可促进下游风力机尾流和外部流场的动量交换。而在风轮轮廓外，第3、4排和第1排流速差异较大，尤其是图2b所示的风电场上方，主要是因为受风电场内部边界层所致[8]。上、下游风力机尾流场之间的这种差异会随往风电场内部的深入而变小，在第3排之后，基本实现动态平衡。2.2 湍流强度分布特性

【参考文献】：
期刊论文
[1]剪切来流条件下风力机尾流场特性实验研究[J]. 刘惠文,郑源,杨春霞,张玉全,付士凤.  中国电机工程学报. 2018(23)
[2]水平轴风力机多机组阵列的数值模拟[J]. 张玲,邹永,黄鹏杰.  太阳能学报. 2016(05)
[3]风机尾流的流场特性实验研究[J]. 孙之骏,顾蕴松.  太阳能学报. 2015(10)
[4]基于大涡模拟的风力机尾流湍流特征的研究[J]. 侯亚丽,汪建文,王强,王鑫厅.  太阳能学报. 2015(08)
[5]从天气尺度到风力机尺度大气运动的动力模拟[J]. 李军,宋晓萍,程雪玲,胡非,朱蓉.  太阳能学报. 2015(04)
[6]风力机尾流相互干扰的数值模拟[J]. 田琳琳,赵宁,钟伟.  太阳能学报. 2012(08)



本文编号：3541339