中性大气边界层中串列水平轴风力机的相互影响

发布时间：2021-04-18 12:11

　　风力机叶片作为捕获风能的主要部件,其运行时所受的载荷特性关系到风力机的效率和疲劳寿命。受到风力机尾流效应的影响,下游风力机的发电效率降低,叶根疲劳载荷增加,增加了风电场的运行成本。为了提高实际风电场内风力机集群的效率,降低风力机运行过程中的疲劳载荷,需要对风力机在风电场内的布局形式进行优化。开展中性大气边界层中串列布机大气湍流的变化对风力机气动性能的影响研究,可以为风电场的微观选址提供理论依据,具有重要的应用价值。本文以33kW的水平轴两叶片风力发电机组为研究对象,基于大涡模拟（LES）和致动线模型（ALM）耦合的方法,对中性大气边界层中不同间距的串列布机开展了数值模拟,分析了风力机叶片在中性大气边界层中的载荷响应及其与大气湍流的相关性。（1）通过分析上、下游风力机前后的速度和湍流强度以及各监测点雷诺应力分量的功率谱,研究了不同间距下串列风力机对中性大气湍流的作用。当上、下游风力机相距5D、7D、9D时,下游风力机风轮中心前1D的速度亏损分别为22.24%、7.20%和2.54%,湍流强度分别为16.13%、13.58%和10.02%,随风力机间距的增大逐渐恢复;经过风轮的扰动后,尾流... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

xu方向时均速度与脉动速度示意图

的携带的湍动能也越低。从下游风力机后 1D 的湍流强度也可以看出随着间距的增大，流过风轮平面后的湍流强度也越小，因此其携带的湍动能与周围湍流的差异就越小，也就是说随着上、下游风力机间距的增大，下游风力机风轮后的湍流结构与周围大气湍流动能的交换效率会越低。3.2.3 上、下游风力机对大气湍流涡结构的影响如图 3.13 所示为上、下游风力机各监测点位置的示意图。其中 B 点为上游风力机风轮平面的中心点，A 点处于上游风力机风轮中心前距风轮中心 1 倍风轮直径的位置，C 点处于上游风力机风轮中心后距风轮中心 1 倍风轮直径的位置，E点为上游风力机风轮平面最右侧的点，D 点与 F 点的连线平行于风力机轴线且经过 E 点，其中 D 点处于风力机前 1 倍风轮直径处，F 点处于风力机后 1 倍风轮直径处；而 A’/A’’/A’’’，B’/B’’/B’’’，C’/C’’/C’’’,D’/D’’/D’’’,E’/E’’/E’’’，F’/F’’/F’’’则分别为上、下游风力机相距 5D、7D、9D 时下游风力机与上游风力机 A、B、C、D、E、F 点位置相对应的监测点。

【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]大型风电场风机最优布置规律研究[J]. 王丰,刘德有,曾利华,陈守伦,陈星莺.  河海大学学报(自然科学版). 2010(04)
[3]水平轴风力机尾迹流场PIV实验研究[J]. 胡丹梅,田杰,杜朝辉.  太阳能学报. 2007(02)

博士论文
[1]综合Lagrangian动力大涡模拟与致动线法的风力机尾流数值模拟研究[D]. 钟宏民.电子科技大学 2015
[2]风力机叶片非定常气动特性的研究[D]. 刘磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012

硕士论文
[1]中性大气边界层中风力机与湍流的相互作用[D]. 胡进森.兰州理工大学 2018
[2]中性大气边界层中水平轴风力机尾流特性研究[D]. 郭涛.兰州理工大学 2018
[3]大气稳定度对风资源特性的影响研究[D]. 马晓梅.华北电力大学(北京) 2016



本文编号：3145451