基于雷诺平均方法的风力机尾流数值模拟
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O35
【部分图文】：
能源、环境、气候面临危机，可持续发展势在必行，发展风能具备独特优势[1]。、天然气、煤炭等不可再生能源已经服务了人类 19、20 两个世纪的经济社会发而，此类能源的不可再生性和人类对其的持续消耗性，使得不可再生能源的储存渐枯竭，同时也造成了环境的恶性变化和严重污染。2010 年以后，环境、气候恶化呈现出愈来愈剧烈的趋势，中国 GDP 总量虽然已经达到世界第二，但在高速发同时也带来了巨大的能源消耗，各项环境、气候指标下滑明显，成为了中国目前经持续发展道路的一大障碍。新世纪以后，世界各国陆续发布了不可再生能源耗损损标准，丹麦宣布 2050 年以后将全面使用可再生能源。而中国作为发展中国家的物排放大国，则承诺到 2020 年，单位 GDP 能耗在 2005 年的基础上降低 40%-50之而来的是可再生能源法相继出台，绿色 GDP 考核指标提上发展日程。在可再生领域，相比太阳能、地热能等其他可再生能源，作为技术最成熟、最具有规模化开景和商业化发展前景的风能成为许多国家能源发展战略的重点，于最近数十年间界范围内得到了相当广泛的应用和可观速度的发展。
所要研究的尾流问题。世界风能协会长贺德馨指出了目前风场流场研究现状及取得的进展，其中主要包括风力机气动弹性、风力机尾流干扰、局部复杂地形影响及微观选址、大气边界层风特性、海上风力发电的基础、风力机翼型族及水力作用等问题[6]。为得到更高发电量，除了需要使风电机组不断大型化，风力发电机单台容量不断提升之外，还需扩大更大规模的风电场风力机数量布置，但限于土地因素和地形条件，陆地风电场规模受到很大限制。在有限的土地面积内可以通过增加风力机数量来获得更多发电量，但有关研究发现：在风电场的尾流效应作用下，风力机数增加未必与发电量X椉诱认喙兀狈缌锏侥骋皇亢螅缌腦椉佑敕绲绯》⒌缧食矢罕认喙豙7]。由于风力机利用风速度产生的动能转化为机械能，因而空气通过风力机转子时产生动能损失，那么会在下游形成风速下降、湍流强度增大的区域，该区域被称为尾流区。风力机相互之间的距离愈近，尾流效应就愈加明显，即上游风力机对下游风机影响愈加显著，这样的现象效应就被称为尾流效应。图 1.2 所示为 2008 年飞行员在丹麦Horns Frev 近海风电场所拍摄的风力机图片，在图中可以清楚看到后排风力机位于前排的风力机尾流区内[8]。
a ECN 风场 b Nibe 风场图 2.1 实际风场下的风力机实验Fig. 2.1 Wind turbine experiments in actual wind field该风电场内共安装了四台测风设备（MM），风电场内所以装置的设置布局如图 b所示。其中红色圆圈代表风力机，蓝色三角块则代表测风设备，风力机的风轮直径为40m。除控制方法不同外，NibeA 和 NibeB 两组风力机状况基本相同，其中 NibeB 风力机数据将用于后节中的风力机尾流数值模拟。2.1.2 尾流特性研究Wind shear effectFlow variationmaximumFlow variationminimumShear layerTurbulent mixing zoneIdeal assumption:Axial symmetryZero pressure gradientGaussian distribution
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