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-在線瀏覽
2024-09-06 05:23本頁面
【正文】 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。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。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。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。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。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。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。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?？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。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。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。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。、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。不同推力系數(shù)下，風(fēng)輪下游相同位置的尾流邊界位置是不相同的，這是因為尾流流場的發(fā)展不僅與風(fēng)力機幾何參數(shù)和周圍環(huán)境有關(guān)，而且還與來流條件以及風(fēng)輪工作狀態(tài)有關(guān)，Park模型的邊界模型沒有考慮這些因素，顯然是不夠準(zhǔn)確的。 建立的尾流邊界模型、Park模型的尾流邊界模型與實驗數(shù)據(jù)的比較綜合尾流模型以及邊界模型可確定出下游風(fēng)機的風(fēng)速 ： （） 由上面所列 的式子代進去，求出速度的關(guān)系式 風(fēng)力發(fā)電機從風(fēng)能中捕獲的功率為： （） （）通過對變槳矩風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析，確定其關(guān)于最小二乘法的曲面擬合函數(shù)。 對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機組而言，系統(tǒng)通過控制葉片的攻角以改變氣固藕合模型中葉片的軸向迎風(fēng)面積，以及流經(jīng)風(fēng)輪掃略面的氣流的大小。將計算機仿真計算得到的沿風(fēng)輪軸向風(fēng)速變化情況利用origin繪圖軟件繪制出來。 空氣流過風(fēng)輪截面前后的情況 由仿真計算結(jié)果可知:風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)輪作用可視為一臺阻力設(shè)備，再起作用下，風(fēng)輪上游風(fēng)速u0到風(fēng)輪掃略面處風(fēng)速u1，直至尾流中的風(fēng)速逐步減弱。風(fēng)速沿風(fēng)輪軸向水平速度連續(xù)地減小，反映出圓柱型空間內(nèi)水平速度分量的特性。 葉片槳距角的變化對風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)氣固藕合模型中氣流的變化起著重要的作用。由于本節(jié)建立模型的控制方程組主要描述流經(jīng)風(fēng)輪的氣流能量變化情況，可以看出較大的葉片槳距角會影響流經(jīng)風(fēng)輪氣流的能量衰減，可以使風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪捕獲較多的風(fēng)能。許多專家在此方面做了大量工作，并己對變槳控制的作用取得基本一致的認識:首先，變槳距系統(tǒng)可以被用來輔助啟動過程，適當(dāng)?shù)淖儤刂瓶梢栽黾语L(fēng)力發(fā)電機的起動氣動轉(zhuǎn)矩。同時，通過控制葉片的槳距角，可以減小風(fēng)力機傳動軸的負荷以及機組機械載荷的變化。 葉尖速比是旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的葉尖速度與風(fēng)速之比，也是風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)模型中的一個重要參數(shù)，表示為: （）葉尖速比直接影響葉片的能量捕獲，并且影響風(fēng)能利用系數(shù)Cp?？梢钥闯鲲L(fēng)能利用系數(shù)Cp與葉尖速比λ和槳距角β具有非線性函數(shù)關(guān)系。穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速ω0。也就是說假設(shè)風(fēng)速經(jīng)過風(fēng)輪掃掠面后降為0。但是在實際應(yīng)用中軸向誘導(dǎo)因子a。 風(fēng)能利用系數(shù)曲面的擬合的準(zhǔn)確度對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型的建立是至關(guān)重要的。文獻中給出了包含8個獨立參數(shù)的風(fēng)能利用系數(shù)曲面擬合函數(shù)，其表達式: （）式中，為系統(tǒng)模型參數(shù)；為中間變量。所以經(jīng)過調(diào)整葉尖速比使其達到λopt ，則可近似將功率看成與速度的立方成正比。：：① 假設(shè)風(fēng)機可以自動捕獲風(fēng)向并隨之調(diào)節(jié)予以最好的迎風(fēng)角；② 只考慮此區(qū)域的主要盛行方向，忽略次要風(fēng)向的影響；③ 菱形模型也適應(yīng)于正反兩個對立風(fēng)向。 對于上圖來說，如果d r(x) + ，則風(fēng)力機在尾流區(qū)域內(nèi)。 根據(jù)下游風(fēng)力機與上游風(fēng)力機沿著風(fēng)方向在下游風(fēng)力機處的投影的重疊程度，如果下游風(fēng)力機在上游風(fēng)力機投影面積內(nèi)，則遮擋情況可以分為完全遮擋和部分遮擋。 )表示第j臺風(fēng)力機在沒有任何塔影影響作用下的風(fēng)速。根據(jù)文獻考慮尾流影響后第j臺風(fēng)力發(fā)電機的功率為:
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