不同温度层结下风力机对大气边界层的影响

发布时间：2021-04-15 06:29

　　风电场的数量和规模对大气边界层的气象特性具有不可忽略的影响,作为重要的气象参数,温度层结是影响大气流动及污染物扩散的重要因素之一。文章通过建立风力机及周围流场模型,采用非稳态大涡模拟方法结合大气湍流理论,引入UDF函数对Fluent软件进行了二次开发,加载大气边界层风速廓线,对风力机在不同温度层结条件下对底层边界层区域特性进行对比。研究发现,在不同层结下温度的变化不同:风力机运行在稳定层结时,风力机近尾流区域的温度较周围区域有所升高,在50 m高度处温差达到最大,数值为0.465K;而不稳定层结的情况却是相反,在风力机近尾流区域的温度较周围的区域有所降低,但整体温度变化没有稳定层结时明显,最大温差为0.281 K。 

【文章来源】：可再生能源. 2019,37(11)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

叶片及风轮实体模型图

??耐??，风力机以额定转速19.27r/min稳定运行，风力机周围小区域内流体随着叶片及轮毂共同以匀速旋转，其余外部区域流场静止。1.3模拟方法验证将计算出来的数据进行处理，提取出风力机下游z=7d和z=10d的速度剖面（XY平面），与文献[10]的风洞实验数据进行对比，结果如图3所示。通过对比分析可知，模拟结果与风洞实验对图3尾流速度剖面的数值模拟结果与风洞实验结果Fig.3Comparisonofnumericalsimulationresultsandwindtunnelexperimentalresults图2整体流场区域尺寸及叶片网格划分Fig.2Overallflowareasizeandleafmesh（a）风力机流场区域R=30mH=60m180m（3d）1020m（17d）Ly=300m（5d）VLz=1200m（20d）续表1参数风轮转速/r·min-1风轮锥角/（°）转轴倾角/（°）翼型系列轮毂直径/m轮毂中心到塔架中心距离/m数值19.2704NACA634/FX66S1962.84.2图1叶片及风轮实体模型图Fig.1FigureleafpieceandwindringmodelGyGx（b）叶片区域网格划分叶片表面附近加密-1.0-0.50.00.51.0x/D0.80.91.0U/Uin风洞7dZ=7d风洞10dZ=10d吴正人，等不同温度层结下风力机对大气边界层的影响·1715·

采用自定义函数编译风廓线及温度函数。出口边界条件为自由出流，风力机叶片所在的区域采用MovingMesh模型，在其旋转的同时，风力机以额定转速19.27r/min稳定运行，风力机周围小区域内流体随着叶片及轮毂共同以匀速旋转，其余外部区域流场静止。1.3模拟方法验证将计算出来的数据进行处理，提取出风力机下游z=7d和z=10d的速度剖面（XY平面），与文献[10]的风洞实验数据进行对比，结果如图3所示。通过对比分析可知，模拟结果与风洞实验对图3尾流速度剖面的数值模拟结果与风洞实验结果Fig.3Comparisonofnumericalsimulationresultsandwindtunnelexperimentalresults图2整体流场区域尺寸及叶片网格划分Fig.2Overallflowareasizeandleafmesh（a）风力机流场区域R=30mH=60m180m（3d）1020m（17d）Ly=300m（5d）VLz=1200m（20d）续表1参数风轮转速/r·min-1风轮锥角/（°）转轴倾角/（°）翼型系列轮毂直径/m轮毂中心到塔架中心距离/m数值19.2704NACA634/FX66S1962.84.2图1叶片及风轮实体模型图Fig.1FigureleafpieceandwindringmodelGyGx（b）叶片区域网格划分叶片表面附近加密-1.0-0.50.00.51.0x/D0.80.91.0U/Uin风洞7dZ=7d风洞10dZ=10d吴正人，等不同温度层结下风力机对大气边界层的影响·1715·

【参考文献】：
期刊论文
[1]大气边界层与风力发电的相互作用研究综述[J]. 张双益,胡非.  高原气象. 2017(04)
[2]海上风力机的数值模拟[J]. 何平,胡丹梅,陈乃超.  可再生能源. 2010(04)



本文编号：3138829