大型水平轴风力机塔影效应特性研究
发布时间：2021-11-04 03:59
为了研究塔影效应对大型水平轴风力机的影响,选取NREL 5MW风力机作为研究对象,利用Fluent软件对单台风力机的不同工况进行数值模拟。结果表明:塔影效应的影响主要发生在叶片方位角为140°210°的时域内;当叶片扫掠过塔筒时,其不同周向位置的转矩和轴向推力出现大幅波动,转矩的相对波动幅度随来流风速的减小而减小,叶片所受轴向推力的相对波动幅度随来流风速的减小而增大;由于叶片尖部周向线速度较大,在研究塔影效应时需考虑叶轮旋转效应的影响;对于风力机尾迹流场,旋转半径越大处,塔筒造成的尾迹越明显,其长度约为叶轮直径的2倍。
【文章来源】：动力工程学报. 2018,38(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１计算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ
ｍ，深度为８ｍ，关于旋转平面对称，旋转中心距地面高度为９０ｍ；静止域入口距叶轮旋转平面为２５０ｍ，出口距叶轮旋转平面距离为１０００ｍ，宽为６００ｍ，高为４００ｍ，静止域为长方体。图１计算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２网格划分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ网格划分软件对旋转域和静止域分别进行结构化网格划分。划分旋转域网格时，先划分出三分之一旋转域网格，再沿旋转轴进行周期性旋转，得到整个旋转域的计算网格，如图２所示。图２旋转域划分网格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ对叶片外围流场进行Ｏ剖分，并单独划分流动边界层，如图３所示。由于风力机模型的叶轮直径达１２６ｍ，几何尺寸很大，为保证网格数量在可计算范围之内，沿叶片展向的网格节点数较少，导致边界层网格的长和宽较大。为防止网格长宽比过大，影响计算精度［９］，采用壁面函数法处理边界层；为满足Ｙ＋要求［１０］，第１层网格高度为１．５ｍｍ，网格增长比为１．１，共１４层。（ａ）叶片根部（ｂ）叶片中部（ｃ）叶片尖部图３不同叶高处的网格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ选取额定工况进行网格无关性验证，结果如表１所示。考虑到计算的准确性，选择网格数为·２３８·动力工程学报第３８卷
ｍ，深度为８ｍ，关于旋转平面对称，旋转中心距地面高度为９０ｍ；静止域入口距叶轮旋转平面为２５０ｍ，出口距叶轮旋转平面距离为１０００ｍ，宽为６００ｍ，高为４００ｍ，静止域为长方体。图１计算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２网格划分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ网格划分软件对旋转域和静止域分别进行结构化网格划分。划分旋转域网格时，先划分出三分之一旋转域网格，再沿旋转轴进行周期性旋转，得到整个旋转域的计算网格，如图２所示。图２旋转域划分网格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ对叶片外围流场进行Ｏ剖分，并单独划分流动边界层，如图３所示。由于风力机模型的叶轮直径达１２６ｍ，几何尺寸很大，为保证网格数量在可计算范围之内，沿叶片展向的网格节点数较少，导致边界层网格的长和宽较大。为防止网格长宽比过大，影响计算精度［９］，采用壁面函数法处理边界层；为满足Ｙ＋要求［１０］，第１层网格高度为１．５ｍｍ，网格增长比为１．１，共１４层。（ａ）叶片根部（ｂ）叶片中部（ｃ）叶片尖部图３不同叶高处的网格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ选取额定工况进行网格无关性验证，结果如表１所示。考虑到计算的准确性，选择网格数为·２３８·动力工程学报第３８卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于剪切和塔影效应的风力机转矩脉动模型仿真研究[J]. 董升,周彪,韩肖清. 山西电力. 2016(01)
[2]壁面参数对垂直轴风力发电机流体仿真的效果分析[J]. 汪志成,纪李文,周书民,乔国栋. 现代制造工程. 2015(12)
[3]考虑风切和塔影效应的风力机风速模型[J]. 张雪,王维庆,王海云,张婷婷,唐新安. 电测与仪表. 2015(08)
[4]上风型水平轴风力机塔架干涉的数值模拟[J]. 田仁斌,李学敏,何成明,刘闪闪. 工程热物理学报. 2014(12)
[5]上风向风力机塔影效应的数值模拟研究[J]. 范忠瑶,康顺,赵萍. 工程热物理学报. 2012(10)
[6]大型海上风力机尾迹区域风场分析[J]. 任年鑫,欧进萍. 计算力学学报. 2012(03)
[7]1.2MW风力机整机流场的数值模拟[J]. 李少华,匡青峰,吴殿文,郭婷婷,王梅丽. 动力工程学报. 2011(07)
[8]塔影效应引起的风电机组输出功率波动问题[J]. 张弘鲲,孟祥星. 东北电力技术. 2011(04)
[9]风力机动态模拟器的仿真研究[J]. 李少林,张兴,杨淑英,张崇巍,曹仁贤. 太阳能学报. 2010(10)
[10]基于单元不同长宽比网格划分的有限元误差分析研究[J]. 漆文邦,郑超. 中国农村水利水电. 2010(02)
本文编号：3474956
【文章来源】：动力工程学报. 2018,38(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１计算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ
ｍ，深度为８ｍ，关于旋转平面对称，旋转中心距地面高度为９０ｍ；静止域入口距叶轮旋转平面为２５０ｍ，出口距叶轮旋转平面距离为１０００ｍ，宽为６００ｍ，高为４００ｍ，静止域为长方体。图１计算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２网格划分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ网格划分软件对旋转域和静止域分别进行结构化网格划分。划分旋转域网格时，先划分出三分之一旋转域网格，再沿旋转轴进行周期性旋转，得到整个旋转域的计算网格，如图２所示。图２旋转域划分网格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ对叶片外围流场进行Ｏ剖分，并单独划分流动边界层，如图３所示。由于风力机模型的叶轮直径达１２６ｍ，几何尺寸很大，为保证网格数量在可计算范围之内，沿叶片展向的网格节点数较少，导致边界层网格的长和宽较大。为防止网格长宽比过大，影响计算精度［９］，采用壁面函数法处理边界层；为满足Ｙ＋要求［１０］，第１层网格高度为１．５ｍｍ，网格增长比为１．１，共１４层。（ａ）叶片根部（ｂ）叶片中部（ｃ）叶片尖部图３不同叶高处的网格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ选取额定工况进行网格无关性验证，结果如表１所示。考虑到计算的准确性，选择网格数为·２３８·动力工程学报第３８卷
ｍ，深度为８ｍ，关于旋转平面对称，旋转中心距地面高度为９０ｍ；静止域入口距叶轮旋转平面为２５０ｍ，出口距叶轮旋转平面距离为１０００ｍ，宽为６００ｍ，高为４００ｍ，静止域为长方体。图１计算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２网格划分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ网格划分软件对旋转域和静止域分别进行结构化网格划分。划分旋转域网格时，先划分出三分之一旋转域网格，再沿旋转轴进行周期性旋转，得到整个旋转域的计算网格，如图２所示。图２旋转域划分网格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ对叶片外围流场进行Ｏ剖分，并单独划分流动边界层，如图３所示。由于风力机模型的叶轮直径达１２６ｍ，几何尺寸很大，为保证网格数量在可计算范围之内，沿叶片展向的网格节点数较少，导致边界层网格的长和宽较大。为防止网格长宽比过大，影响计算精度［９］，采用壁面函数法处理边界层；为满足Ｙ＋要求［１０］，第１层网格高度为１．５ｍｍ，网格增长比为１．１，共１４层。（ａ）叶片根部（ｂ）叶片中部（ｃ）叶片尖部图３不同叶高处的网格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ选取额定工况进行网格无关性验证，结果如表１所示。考虑到计算的准确性，选择网格数为·２３８·动力工程学报第３８卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于剪切和塔影效应的风力机转矩脉动模型仿真研究[J]. 董升,周彪,韩肖清. 山西电力. 2016(01)
[2]壁面参数对垂直轴风力发电机流体仿真的效果分析[J]. 汪志成,纪李文,周书民,乔国栋. 现代制造工程. 2015(12)
[3]考虑风切和塔影效应的风力机风速模型[J]. 张雪,王维庆,王海云,张婷婷,唐新安. 电测与仪表. 2015(08)
[4]上风型水平轴风力机塔架干涉的数值模拟[J]. 田仁斌,李学敏,何成明,刘闪闪. 工程热物理学报. 2014(12)
[5]上风向风力机塔影效应的数值模拟研究[J]. 范忠瑶,康顺,赵萍. 工程热物理学报. 2012(10)
[6]大型海上风力机尾迹区域风场分析[J]. 任年鑫,欧进萍. 计算力学学报. 2012(03)
[7]1.2MW风力机整机流场的数值模拟[J]. 李少华,匡青峰,吴殿文,郭婷婷,王梅丽. 动力工程学报. 2011(07)
[8]塔影效应引起的风电机组输出功率波动问题[J]. 张弘鲲,孟祥星. 东北电力技术. 2011(04)
[9]风力机动态模拟器的仿真研究[J]. 李少林,张兴,杨淑英,张崇巍,曹仁贤. 太阳能学报. 2010(10)
[10]基于单元不同长宽比网格划分的有限元误差分析研究[J]. 漆文邦,郑超. 中国农村水利水电. 2010(02)
本文编号：3474956
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