有關(guān)風(fēng)電場風(fēng)機排布距離和列陣方式及海上風(fēng)電場的模型-文庫吧
2025-07-12 05:23 本頁面
【正文】 平面的氣流速度要小于無窮遠上游速度，這是因為風(fēng)輪從氣流中提取了能量，也造成了風(fēng)輪前方與后方的壓力差值。將風(fēng)輪平面氣流速度相對于自由來流速度減少的比例定義為軸向誘導(dǎo)因子： ()由式（）與式（）可得： () ()風(fēng)輪的推力系數(shù)定義如下： () 尾流模型概化流場示意圖如圖1所示，采用控制體積法進行風(fēng)輪流場分析。為風(fēng)輪直徑：、分別為風(fēng)輪后、距離風(fēng)輪處的尾流直徑?，F(xiàn)選取風(fēng)輪后至距離風(fēng)輪處之間的尾流影響流場作為控制體，并設(shè)其流體動量為，則根據(jù)歐拉運輸公式可列出： （）式（）左端為控制體內(nèi)流體動量的總變化率，等于受到的推力：右端第一項為控制體內(nèi)總動量隨時間的變化率，第二項為單位時間內(nèi)控制體表面流進、流出量引起的凈流出量。因有： （） （）將式（）、式（）代入式（）可得： （）在實際風(fēng)機尾流計算中，可忽略尾流沿縱向尺寸上的分布差異，上式可簡化為： （）式中，為風(fēng)機下游尾流面積，由此，尾流風(fēng)速只與有關(guān)。設(shè)為風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機后的衰減率，即，則有（其中：） （）風(fēng)機的推力系數(shù)與的關(guān)系為： （）由式（）~式（）可得： （）在風(fēng)機尾流區(qū)域內(nèi)，由于風(fēng)速的變化率相對較小，可將式（）簡化為：并與式（）~式（）聯(lián)立，可得： （）本小節(jié)將尾流流場的發(fā)展過程分為不考慮粘性的膨脹過程與考慮粘性的擴散過程，分別建立尾流邊界模型。①膨脹過程的邊界模型建立根據(jù)無粘條件下，尾流邊界的膨脹特點，建立如下表達式來描述尾流邊界的膨脹： （）其中，為膨脹過程的尾流邊界位置，x為風(fēng)輪下游位置。首先，尾流區(qū)域邊界經(jīng)過風(fēng)輪邊緣，即式（）必過點（0，D/2），于是有m+n=D/2；其次，尾流區(qū)域在風(fēng)輪下游無窮遠處一定是穩(wěn)定的，不會再膨脹，即式（）必過點（，D1/2），其中D1為風(fēng)輪下游無窮遠處尾流區(qū)域的邊界直徑，于是有m=D1/2。根據(jù)連續(xù)性方程： （）其中分別為風(fēng)輪處的氣流速度與風(fēng)輪下游無窮遠處尾流穩(wěn)定后的氣流速度。又由式（）和（）有 （）其中a為軸向誘導(dǎo)因子；由式（）、（）、（），可得： （） （） 最后來確定（）式中的參數(shù)q，其主要控制尾流的膨脹曲率。不考慮粘性作用時，尾流區(qū)域的膨脹程度與推力系數(shù)成正比關(guān)系，那么參數(shù)q就與推力系數(shù)CT成反比。根據(jù)對壓力降方法數(shù)值模擬的結(jié)果分析，參數(shù)q可用下式來近似表達： （）將上式綜合，即可得到所建立的膨脹過程的邊界模型。為了驗證所建立的膨脹過程的尾流邊界模型的準確性，、如圖所示，圖中PJ代表壓力降方法的數(shù)值模擬結(jié)果，MODEL為建立的模型的結(jié)果。從比較中可以看出，所建立的膨脹過程的尾流邊界模型與數(shù)值模擬所得的尾流邊界基本吻合；但也有一些小的偏差，尚在可接受的范圍以內(nèi)，這主要是由于確定參數(shù)q時做的近似所導(dǎo)致的。 數(shù)值模擬結(jié)果與尾流邊界模型的比較②擴散過程的邊界模型建立尾流膨脹過程的邊界模型是基于無粘假設(shè)下的，是一種理想狀態(tài)。但是實際尾流流場中，由于粘性的作用，尾流區(qū)域會不斷與周圍流場區(qū)域有動量、能量的交換，其影響范圍會不斷擴張。、不考慮粘性作用與考慮粘性作用條件下壓力降方法數(shù)值模擬得到的尾流邊界的比較，從圖中可以清晰的看出不考慮粘性作用條件下尾流流場的膨脹過程，以及考慮粘性條件時，尾流邊界基于膨脹過程的進一步擴散。為了更加明顯的體現(xiàn)尾流流場的擴散過程，需要去除掉尾流邊界中膨脹過程的影響，即用考慮粘性作用的尾流邊界減去不考慮粘性作用的尾流邊界，是只考慮擴散過程的尾流邊界。，風(fēng)輪下游2D位置之后的擴散過程的尾流邊界基本是線性增長的；而在2D位置以內(nèi)，屬于近尾流區(qū)域，流動現(xiàn)象復(fù)雜，很難簡單的描述出邊界的特征?？紤]粘性作用的尾流流場的擴散過程涉及到尾流流場中的湍流強度等信息，很難直接建立模型。尾流邊界模型主要用于尾流干擾效應(yīng)的研究，遠尾流是主要研究對象。因此為了簡化模型，不去詳細考慮近尾流區(qū)域邊界模型的非線性變化，主要考慮遠尾流區(qū)域的線性變化。，尾流區(qū)域擴散過程的尾流邊界線性增長斜率基本相同，但是隨著推力系數(shù)的增加而略有減小。因此擴散過程的尾流邊界可以用下式表達： （）其中為擴散過程的尾流邊界位置。 不考慮粘性作用與考慮粘性作用條件下的尾流邊界 只考慮擴散過程的尾流邊界③尾流邊界模型結(jié)合尾流區(qū)域膨脹過程與擴散過程分別建立的尾流邊界模型，即可得到完整的尾流邊界模型，如下式： （）其中即為所求的尾流邊界位置；④模型的分析與驗證為了驗證該尾流邊界模型的正確性，將尾流邊界模型與Garrad Hassan在Marchwood工程實驗室（MEL）開展的風(fēng)力機尾流的實驗結(jié)果進行比較。同時還引進目前工程應(yīng)用中最廣泛的尾流模型——Park模型。Park模型基于假設(shè)：（1）尾流區(qū)域初始直徑為風(fēng)輪直徑；（2）尾流區(qū)域增長速率呈線性關(guān)系。Park模型的邊界模型可由下式表達： （）其中為Park模型的尾流邊界位置；D為風(fēng)輪直徑；x為風(fēng)輪下游位置；尾流擴散系數(shù)k與地形因素緊密相關(guān)，可表示為： （）其中h和z0分別為輪轂中心高度和人工表面粗糙度。在MEL開展的尾流實驗中。、Park模型中的尾流邊界模型以及實驗測量數(shù)據(jù)三者的比較。其中，Park模型中的尾流擴散系數(shù)是一個只與風(fēng)力機幾何參數(shù)和周圍環(huán)境有關(guān)的參數(shù)，故對于MEL開展的實驗而言，尾流擴散系數(shù)為一常值，這樣Park模型的尾流邊界就是一
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