有關(guān)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)排布距離和列陣方式及海上風(fēng)電場的模型-全文預(yù)覽
【正文】 p對葉尖速比λ的變化曲面反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力學(xué)特性。其次，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，特別是超過額定風(fēng)速后，通過調(diào)整葉片的攻角，可以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和輸出功率穩(wěn)定。相同工況下槳距角大小決定模型的定解條件中的a取值，風(fēng)輪附近氣流延x軸向的風(fēng)速變化在槳距角較大時(shí)，衰減較快。在風(fēng)輪附近風(fēng)速的衰減較快。在柱坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型的定解條件中，分別選擇槳距角β1=0，β2=。而本文所建立的尾流邊界模型是以推力系數(shù)為變量，即考慮了相關(guān)的因素，得到的效果明顯要優(yōu)于Park模型的邊界模型。在MEL開展的尾流實(shí)驗(yàn)中。 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(kuò)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(kuò)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(yàn)證為了驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室（MEL）開展的風(fēng)力機(jī)尾流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。尾流邊界模型主要用于尾流干擾效應(yīng)的研究，遠(yuǎn)尾流是主要研究對象。、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(shí)，尾流邊界基于膨脹過程的進(jìn)一步擴(kuò)散。為了驗(yàn)證所建立的膨脹過程的尾流邊界模型的準(zhǔn)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。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(yuǎn)處尾流穩(wěn)定后的氣流速度。因有： （） （）將式（）、式（）代入式（）可得： （）在實(shí)際風(fēng)機(jī)尾流計(jì)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(jī)下游尾流面積，由此，尾流風(fēng)速只與有關(guān)。而且風(fēng)輪平面的氣流速度要小于無窮遠(yuǎn)上游速度，這是因?yàn)轱L(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。能量守恒的通用形式如下： ()不考慮邊界上熱量的傳遞，并且認(rèn)為控制體是從無窮遠(yuǎn)處自由來流位置到風(fēng)輪平面前方和風(fēng)輪平面后到不受風(fēng)輪影響的無窮遠(yuǎn)處，那么在該控制體內(nèi)流體沒有被做功，則式（）的右邊項(xiàng)為0。第一個(gè)部分是自由來流的風(fēng)輪上游區(qū)域；第二個(gè)部分是風(fēng)輪平面；第三個(gè)部分是風(fēng)輪下游區(qū)域，從風(fēng)輪平面開始直至氣流狀態(tài)恢復(fù)至周圍環(huán)境氣流狀態(tài)的位置。、上游截至未受風(fēng)輪影響的無窮遠(yuǎn)處來流、下游到尾流氣流恢復(fù)至周圍環(huán)境氣流狀態(tài)的流管作為控制體。 ω——為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。三、基本假設(shè)本文研究水平軸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其次，優(yōu)化風(fēng)機(jī)的排布陣列是為了獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，故應(yīng)該找到速度與功率的關(guān)系，從而建立合理的排布，充分利用風(fēng)力資源以獲得最大的功率。問題三：相較陸地，海洋上擁有更多的風(fēng)能資源，但其建造風(fēng)機(jī)場難度更大。問題一：如今風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)損失主要集中在下游風(fēng)力機(jī)在上游風(fēng)力機(jī)尾流中受到干擾，損失接收功率。針對問題2，在上述模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了風(fēng)向、風(fēng)速、迎風(fēng)角等因素對風(fēng)電場組效率的影響，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的處理，我們可以得知有關(guān)速度的概率分布f(V),建立速度分布函數(shù)；逐漸增加了模型的復(fù)雜性，對風(fēng)電場的模擬更接近現(xiàn)實(shí)情況，因此模型模擬得到的結(jié)果與問題1相比，結(jié)論更靈活易行。此外，多數(shù)風(fēng)機(jī)尾流模型未考慮風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)后的尾流影響區(qū)域直徑的突然擴(kuò)大，而一些考慮了該因素的尾流風(fēng)速預(yù)測解析計(jì)算公式，則不能滿足上游風(fēng)機(jī)后風(fēng)速與尾流影響區(qū)域邊界的連續(xù)性。目前，在進(jìn)行風(fēng)電場風(fēng)機(jī)優(yōu)化布置模擬計(jì)算時(shí)，均忽略了風(fēng)輪的湍流影響，而采用簡化風(fēng)機(jī)尾流線性擴(kuò)張模型，即尾流影響邊界隨距離線性增大模型。針對問題1，本文考慮尾流效應(yīng)對風(fēng)電場組的影響，同時(shí)考慮了尾流邊界效應(yīng)模型，確定了速度與功率關(guān)系式，從到而確定風(fēng)電場之間的最佳距離，提出一個(gè)完整的模型。按照人均計(jì)算的風(fēng)電裝機(jī)容量，我國的世界排名為34，為46W/人，而同為總裝機(jī)容量世界前列的美國、德國和西班牙，；根據(jù)陸地面積計(jì)算，中國排名為第25位（）。問題二：請以根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速、迎風(fēng)角、間距、轉(zhuǎn)向等信息，調(diào)整風(fēng)力機(jī)以減少風(fēng)機(jī)渦動(dòng)能所帶來的能量損失，并設(shè)計(jì)一種最新的陸地風(fēng)機(jī)列陣方式。因此，如何處理大量數(shù)據(jù)建立風(fēng)電場系統(tǒng)，以及如何在多目標(biāo)條件下確定最優(yōu)化的判斷標(biāo)準(zhǔn)，就是我們首先要解決的問題。這要選定某一區(qū)域進(jìn)行分析才可能推廣，實(shí)現(xiàn)特殊到一般的轉(zhuǎn)化也是個(gè)難點(diǎn)?！獮轱L(fēng)輪掃掠面積；——為風(fēng)輪半徑。②認(rèn)為風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪周圍的流場是一維的、穩(wěn)態(tài)的、不可壓流場。為了推導(dǎo)出風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪周圍流場中各個(gè)變量之間的關(guān)系，沿著流線可以將該流管分為三個(gè)部分。類似的，在空間位置固定的、無變形的控制體內(nèi)，一維動(dòng)量方程的通用形式如下： ()同樣的，由于穩(wěn)態(tài)假設(shè)以及流管邊界的無穿透，式（）可以簡化為： ()其中是風(fēng)輪對氣流的作用力。在從出口（位置1）到致動(dòng)盤前一點(diǎn)（位置2）的區(qū)域內(nèi)和致動(dòng)盤后一點(diǎn)（位置2+）與出口（位置3）之間的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)用式（），可得： () ()式（）減去式（），然后在兩邊同時(shí)乘以A2，得到: ()將式（）與式（）、式（）相比較可得： ()上式表明風(fēng)輪平面的氣流速度是無窮遠(yuǎn)上游速度與無窮遠(yuǎn)下游速度和的一半?，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(dòng)量為，則根據(jù)歐拉運(yùn)輸公式可列出： （）式（）左端為控制體內(nèi)流體動(dòng)量的總變化率，等于受到的推力：右端第一項(xiàng)為控制體內(nèi)總動(dòng)量隨時(shí)間的變化率，第二項(xiàng)為單位時(shí)間內(nèi)控制體表面流進(jìn)、流出量引起的凈流出量。首先，尾流區(qū)域邊界經(jīng)過風(fēng)輪邊緣，即式（）必過點(diǎn)（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(yuǎn)處一定是穩(wěn)定的，不會(huì)再膨脹，即式（）必過點(diǎn)（，D1/2），其中D1為風(fēng)輪下游無窮遠(yuǎn)處尾流區(qū)域的邊界直徑，于是有m=D1/2。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(dá)： （）將上式綜合，即可得到所建立的膨脹過程的邊界模型。但是實(shí)際尾流流場中，由于粘性的作用，尾流區(qū)域會(huì)不斷與周圍流場區(qū)域有動(dòng)量、能量的交換，其影響范圍會(huì)不斷
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