基于大涡模拟的单台大型风力机尾流特性研究
发布时间：2022-01-11 19:08
风能作为可再生清洁能源,在能源发展结构中的作用越来越重要。风力机的尾流效应增加下游风力机的气动载荷、影响下游风力机的发电效率。大气稳定性的变化导致风速、风向、温度等发生变化,从而影响风场中风力机的尾流特性。研究风力机在不同稳定度大气下运行的尾流特性对研究新型风力机和合理利用风资源有重要指导作用。本文采用开源软件OpenFOAM,耦合大涡模拟与致动线方法,结合大气边界层流动理论,分别对均匀入流与不同稳定度大气边界层中的单台风力机进行数值模拟,分析风力机的尾流特性。（1）根据大气边界层中速度、位温、热通量等分布的不同,模拟生成不同稳定度大气边界层,分析了大气边界层流场的结构及其风速脉动特性。结果表明,中性大气下湍动能与相干湍动能达到的水平最大,总体的脉动效应大于稳定大气;低空急流改变了典型稳定大气的垂直风剪切,湍流相干结构不明显,湍流的发展被抑制。（2）使用三种亚格子模型模拟了均匀入流条件下单台风力机在不同叶尖速比运行时,流场内速度、湍流、涡结构等的变化特征。模拟结果表明,对于所使用的三种亚格子模型,在不同叶尖速比下,能预测出相似的尾流效应,亚格子模型的选择对尾流的模拟影响较小;ν
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大型海上风电场风力机组尾流效应
i1( )MM MM MMiij ij MMiDu L MDt x x T = (2.31得到：2S(C )LMDMMC = = 式中，LM 、MM 分别为统计量 LijMij、MijMij的 Lagrangian 加权平均，T 代表Lagrangian 平均的“记忆”时间尺度：1/8( )LM MMT = ，θ = 1.5。Meveneau 用时间平均法动态确定涡粘系数，他以强迫均匀各向同性湍流算例研究用时间平均动态确定涡粘系数的可行性，图 2.4 表示过滤尺度为 Δ 与 2Δ的 Smagorinsky 模式系数的空间分布。由图 2.4（a）可以看出系数震荡剧烈，有负值，且不同过滤尺度的涡粘系数间的相关系数很小（约为 0.27）；但经过时间平均后，两种过滤尺度的涡粘系数在空间变化变缓，负值极少，在不同过滤尺度的涡粘系数之间的相关系数增大（约为 0.6）。
各向同性湍流中两种过滤尺度确定的模式系数之间的实验采用以下亚格子模型进行数值计算：odel）、Lagrangian 动力模型（Lagrangian dynamic mod流黏性，此时引起动能耗散的唯一影响因素是数值agorinsky 模型与 Lagrangian 动力模型的影响。以上sky model）、dyL（Lagrangian dynamic model）、N示方法中对涡没有准确的定义，涡结构的显示从涡的性的区域；涡核中心的压力极小。速度梯度张量可二不变量的表达式为： 2 221 1Q = u u u = s
【参考文献】：
期刊论文
[1]Interaction between the atmospheric boundary layer and a standalone wind turbine in Gansu—Part II: Numerical analysis[J]. Zhi Zheng,ZhiTeng Gao,DeShun Li,RenNian Li,Ye Li,QiuHao Hu,WenRui Hu. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(09)
[2]Interaction between the atmospheric boundary layer and a standalone wind turbine in Gansu—Part I: Field measurement[J]. De Shun Li,Tao Guo,Yin Ran Li,Jin Sen Hu,Zhi Zheng,Ye Li,Yu Jia Di,Wen Rui Hu,Ren Nian Li. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(09)
[3]New omega vortex identification method[J]. ChaoQun Liu,YiQian Wang,Yong Yang,ZhiWei Duan. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(08)
[4]亚格子尺度湍流特性研究[J]. 王兵,张会强,王希麟. 工程力学. 2006(02)
[5]湍流大涡数值模拟进展[J]. 崔桂香,许春晓,张兆顺. 空气动力学学报. 2004(02)
[6]不同亚格子模式在后台阶湍流流动大涡模拟中的应用[J]. 王兵,张会强,王希麟,郭印诚,林文漪. 工程热物理学报. 2003(01)
博士论文
[1]基于多尺度耦合模式的风电场流动及运行特性数值模拟研究[D]. 袁仁育.浙江大学 2018
[2]风力机尾流效应数值模拟研究[D]. 杨祥生.南京航空航天大学 2016
[3]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
[4]基于致动线模型的风力机尾流特性研究[D]. 王胜军.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2014
[5]大涡模拟滤波网格分析及网格自适应控制研究与应用[D]. 张斌.上海交通大学 2011
[6]不可压缩湍流大涡模拟研究[D]. 邓小兵.中国空气动力研究与发展中心 2008
硕士论文
[1]低空急流对水平轴风力机气动性能的影响[D]. 罗颂.兰州理工大学 2018
[2]不同条件下风力机运行对局地大气结构的影响研究[D]. 翟云雷.华北电力大学 2017
[3]风力机运行对大气边界层影响的数值模拟研究[D]. 刘维维.华北电力大学 2015
本文编号：3583304
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大型海上风电场风力机组尾流效应
i1( )MM MM MMiij ij MMiDu L MDt x x T = (2.31得到：2S(C )LMDMMC = = 式中，LM 、MM 分别为统计量 LijMij、MijMij的 Lagrangian 加权平均，T 代表Lagrangian 平均的“记忆”时间尺度：1/8( )LM MMT = ，θ = 1.5。Meveneau 用时间平均法动态确定涡粘系数，他以强迫均匀各向同性湍流算例研究用时间平均动态确定涡粘系数的可行性，图 2.4 表示过滤尺度为 Δ 与 2Δ的 Smagorinsky 模式系数的空间分布。由图 2.4（a）可以看出系数震荡剧烈，有负值，且不同过滤尺度的涡粘系数间的相关系数很小（约为 0.27）；但经过时间平均后，两种过滤尺度的涡粘系数在空间变化变缓，负值极少，在不同过滤尺度的涡粘系数之间的相关系数增大（约为 0.6）。
各向同性湍流中两种过滤尺度确定的模式系数之间的实验采用以下亚格子模型进行数值计算：odel）、Lagrangian 动力模型（Lagrangian dynamic mod流黏性，此时引起动能耗散的唯一影响因素是数值agorinsky 模型与 Lagrangian 动力模型的影响。以上sky model）、dyL（Lagrangian dynamic model）、N示方法中对涡没有准确的定义，涡结构的显示从涡的性的区域；涡核中心的压力极小。速度梯度张量可二不变量的表达式为： 2 221 1Q = u u u = s
【参考文献】：
期刊论文
[1]Interaction between the atmospheric boundary layer and a standalone wind turbine in Gansu—Part II: Numerical analysis[J]. Zhi Zheng,ZhiTeng Gao,DeShun Li,RenNian Li,Ye Li,QiuHao Hu,WenRui Hu. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(09)
[2]Interaction between the atmospheric boundary layer and a standalone wind turbine in Gansu—Part I: Field measurement[J]. De Shun Li,Tao Guo,Yin Ran Li,Jin Sen Hu,Zhi Zheng,Ye Li,Yu Jia Di,Wen Rui Hu,Ren Nian Li. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(09)
[3]New omega vortex identification method[J]. ChaoQun Liu,YiQian Wang,Yong Yang,ZhiWei Duan. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(08)
[4]亚格子尺度湍流特性研究[J]. 王兵,张会强,王希麟. 工程力学. 2006(02)
[5]湍流大涡数值模拟进展[J]. 崔桂香,许春晓,张兆顺. 空气动力学学报. 2004(02)
[6]不同亚格子模式在后台阶湍流流动大涡模拟中的应用[J]. 王兵,张会强,王希麟,郭印诚,林文漪. 工程热物理学报. 2003(01)
博士论文
[1]基于多尺度耦合模式的风电场流动及运行特性数值模拟研究[D]. 袁仁育.浙江大学 2018
[2]风力机尾流效应数值模拟研究[D]. 杨祥生.南京航空航天大学 2016
[3]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
[4]基于致动线模型的风力机尾流特性研究[D]. 王胜军.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2014
[5]大涡模拟滤波网格分析及网格自适应控制研究与应用[D]. 张斌.上海交通大学 2011
[6]不可压缩湍流大涡模拟研究[D]. 邓小兵.中国空气动力研究与发展中心 2008
硕士论文
[1]低空急流对水平轴风力机气动性能的影响[D]. 罗颂.兰州理工大学 2018
[2]不同条件下风力机运行对局地大气结构的影响研究[D]. 翟云雷.华北电力大学 2017
[3]风力机运行对大气边界层影响的数值模拟研究[D]. 刘维维.华北电力大学 2015
本文编号：3583304
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