不同条件下风力机运行对局地大气结构的影响研究

发布时间：2020-10-29 18:48

　　 由于环境保护和能源结构优化的需要,风力发电作为可再生能源的重要部分近年来得到了迅速发展。不过在大力发展风电,关注风力发电带来积极影响的同时,风电开发和运行对气候环境的潜在负面影响也不应被忽略。风力发电利用了近地大气边界层内的风能,造成大气能量损失,而且风力机旋转会对大气流动产生扰动,这样会打破原本的大气平衡,改变自然界本身的大气循环。所以针对风力机运行对局地大气结构的影响进行深入分析具有重要意义。本文应用数值模拟方法,建立单台风力机流场和多台风力机流场模型,结合湍流理论和大气流动特征,对不同条件下风力机运行进行研究,分析其对局地大气边界层内空气流动的影响。首先模拟了在不同气温层结条件下单台风力机运行时,流场内速度、温度、湍流度的变化特征。模拟结果显示,在夜间稳定层结条件下,近地表温度低于高空温度,上升气流受到抑制,风力机的旋转会导致近地表区域增温和高空区域降温现象的发生;而在白天不稳定层结或者中性层结条件下,地表受到辐射加热,地表温度高于大气温度,对流强烈,风力机的旋转会使得近地表原本温度较高的区域降温,而高空区域温度增高。这些现象说明风力机运行会对大气温度层结造成一定的扰动,改变原有的大气结构。然后对多台风力机流场进行模拟,结果表明,无论顺列还是是错列布置,边界层内的速度、温度和湍流度等参数与单台风力机运行相比均发生剧烈变化,竖直方向上湍流度变化影响的高度更大,进而受到影响的大气边界层范围也在扩大。最后对不同下垫面时的风力机运行进行了模拟。随着地表粗糙度的增大,风力机下游的风速逐渐降低,且速度恢复率也在逐渐减小。下垫面地表粗糙度不同对温度的影响主要集中在风力机轮毂高度以下区域,虽然温度变化规律基本相似,但是随着粗糙度增加,影响程度越来越剧烈。湍流度也会随着地表粗糙度的增大而增加,导致湍流变得更加紊乱。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK83
【部分图文】：

华北电力大学硕士学位论文叶素安装角。骤将最初的标准二维翼型坐标逐步转化为最终实际各个截面翼型坐标的 dat 文件导入 Gambit 中，通过截面翼型的曲线。随后在确定各截面翼型曲线的空间制曲面功能生成叶片的三维几何模型。最后将叶片经，最终生成效果如下图所示。

华北电力大学硕士学位论文β 为叶素安装角。述步骤将最初的标准二维翼型坐标逐步转化为最终实际三维，将各个截面翼型坐标的 dat 文件导入 Gambit 中，通过拟合生成截面翼型的曲线。随后在确定各截面翼型曲线的空间实际线绘制曲面功能生成叶片的三维几何模型。最后将叶片经过复模型，最终生成效果如下图所示。图 2-1 部分叶片翼型截面曲线图

风力机布置在流场入口后 3d 距离处。yxz3d20d500m5d图 2-3 单台 5MW 风力机流场区域尺寸为保证网格质量，需要分区进行网格划分，因此将整个流场分为旋转叶轮和外部静止区域。对旋转叶轮区域采用质量较高的四面体非结构化网格划力机叶片及轮毂附近采用尺寸函数进行局部网格加密，流场其他部分区域采对稀疏的结构化网格。下图为流场区域网格绘制图。
【参考文献】

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本文编号：2861306