基于人工合成湍流风场的山地地形对风力机尾流特性影响研究

发布时间：2021-02-09 12:25

　　平坦地形是风电场选址的理想地形,但随着人类对清洁能源需求的不断增加,平坦地形风资源丰富地区的风场己基本开发殆尽,陆上风电开发重点转向复杂地形。然而,复杂地形特征会导致大气湍流度增大,大气湍流结构更加复杂,使得对于风资源状况的准确评估难度更大。因此,准确分析、评估复杂地风场的流场特征,将为风电场规划、微观选址、风力机机型选择及其载荷计算提供依据,为风电场风功率预测及风能资源的最大化利用提供指导。本文以Ris?实验室开展的Bolund岛实验结果为依据,采用人工合成湍流入口边界（LeMOS）耦合大涡模拟（LES）的方法,对Bolund岛风场流动开展数值模拟,通过与实测结果进行对比,验证人工合成湍流入口边界（LeMOS）耦合大涡模拟（LES）方法生成湍流风场对复杂地形的适用性;进而采用该方法结合致动盘模型对Nibe风电场中的Nibe B风力机进行数值模拟,研究平坦地形时风力机的尾流场特性;最后对某真实山地地形风场开展数值模拟,研究复杂地形的流场特性,以及山地地形中风力机的尾流特征。（1）本文所采用的人工合成湍流入口边界耦合大涡模拟生成的湍流风场中速度脉动特征明显,在整个时程内,速度场并无明显衰... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：79 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

硕士学位论文13图2.3LeMOS法生成湍流场入口截面示意图LeMOS湍流入口边界设置的示例（位于case/0/U）：boundaryField{inlet{typedecayingTurbulenceInflowGenerator;direction1;LFieldnonuniformList<scalar>...RFieldnonuniformList<vector>...ZrefnonuniformList<symmTensor>...refFieldnonuniformList<vector>...}...}2.4.2LeMOS湍流风场入口边界建立真实大气边界层是具有风切变与脉动特性的来流，LeMOS湍流场通过对均匀流入口产生扰动，生成湍流常生成具有风切变特征湍流风场需要进行以下操作：①运用网格软件进行地形网格划分；②在OpenFOAM中设置好运行算例的必要文件（0、constant、system）,并将①中生成的网格导入算例中constant/polyMesh文件夹中；③进入OpenFOAM运行窗口，进入设定算例中，在运行窗口输入writeCellCentres，获取计算域的每个cell的坐标，在0文件中生成ccx，ccy，ccz三个文件，内含所有边界每个cell的坐标，其中cxx为计算域所有边界以

硕士学位论文193.2Bolund岛270°方向来流时的数值模拟3.2.1几何模型网格划分Bolund岛地形按照1:1比例建模，为使流动充分发展，对地形计算域进行拓展，来流方向拓展为地形特征直径的2倍，尾流区拓展为地形特征直径的5倍，计算域宽度拓展为地形特征直径6倍，计算域高度为地形高度的10倍以上（避免产生阻塞效应）；计算域尺寸为800m×600m×200m，首层网格高度为0.1979m，网格总数为8179329个，图3.4为计算域网格，图3.5为Bolund岛表面网格。图3.4计算域网格图3.5地形表面网格RANS和LES模拟方法速度入口采用具有风切变特征的入口条件，LeMOS-LES方法采用具有风切变的湍流入口条件，验证LeMOS湍流入口边界生成湍流风场可行性，并研究Bolund岛附近流场特性。本节所有高度均以海平面为基准，定义海平面高度为0m。①边界条件设置表3.5速度入口边界条件边界名称边界条件入口人工合成湍流入口边界出口混合边界（可有效防止发生回流）地面无滑移壁面边界顶部滑移壁面边界②计算参数设置RANS方法采用simple算法，LES和LeMOS-LES采用pimple算法，计算时间步长为0.01，计算中库郎数为保证小于1。=||<1<||（3.7）


本文编号：3025625