实际地形风场CFD模拟中粗糙度的影响分析

以苏格兰Askervein小山为例,基于Fluent流体计算平台,结合NURBS地形建模方法,模拟了实际地形下的风场分布.分别在粗糙度长度为0～0.05m的情况下进行CFD风场模拟试验.与实测的风速加速比进行比较,发现模拟所得的风速加速比均方根误差在迎风面保持在6%以内,而背风面最大为26.56%,表明粗糙度条件对CFD风场模拟结果有较大影响.实现了用于CFD风场模拟的下垫面粗糙度精细化方法.在迎风坡和背风坡设置不同粗糙度长度的情况下,风速加速比均方根误差减小为7.42%,模拟结果在背风坡区域有明显改善.最后指出,在进行复杂地形风场CFD数值模拟时,有必要进行粗糙度条件的精细化设置.     

温度对平行建筑物风场的影响研究

利用CFD分析软件Fluent,基于标准的k-ε湍流模型,分析了温差对建筑物流场的分布。结果表明:在建筑物背风面的尾流区,温差对建筑物风场的影响极为明显,越靠近地面对风速和湍流强度的加强作用越明显,随着高度升高,温差的影响效果减弱;温差对最大风速出现的位置没有影响,只是改变了最大风速的数值。实际分析表明,温差对建筑物的风场存在影响,在进行建筑物风场分析时,需要考虑温差的影响。     

复杂地形风速数值模拟

应用GUIDE模式，利用给定参考点的风速资料，考虑粗糙度变化，地形特征对风速的影响，对一些试验点进行风速模拟，模拟结果与实测资料进行对比，表明模拟结果有较高的精度。     

风力机风场模型的研究及紊流风场的MATLAB数值模拟

讨论了风剪、塔影和尾流对风场平均速度的影响,介绍了随机理论中离散随机序列与其功率谱、傅立叶谱的关系,研究了紊流风场模型中常用的几种典型的速度功率谱密度模型如Harris速度谱、Kaimal速度谱、Von Karman速度谱等模型。根据随机理论,确定利用速度谱求风速的紊流部分的算法,并用MATLAB编程实现了风力机紊流风场的数值模拟。     

三种地形数据下WRF模式风场模拟对比试验研究

为提高近地面风场模拟精度,将SRTM3和ASTER高精度地形数据引入WRF中尺度模式中,并结合模式原有地形数据GTOPO30,对香港地区2013年11月风场进行模拟,同时选取模拟区域内29个地面气象监测站实测数据对不同地形数据下的10m高处风速模拟结果进行检验。结果表明,WRF模式能够较好地模拟近地面风场的日变化趋势,尤其在海拔较高的区域,模拟结果与实际情况非常吻合;相比于GTOPO30,SRTM3和ASTER数据能够更加准确描述研究区域的地形特征,两者对原地形高程的修正幅度均比较有限,用于近地面风速模拟时均能小幅改善模拟效果。     

两种数值模式用于风场模拟的对比研究

以珠海横琴风电场为实例,分别使用线性模型WAsP及基于Fluent的计算流体力学(CFD)模型进行风场模拟及发电量计算,得出两种模型下的计算结果;分别对两者的模拟风速、计算发电量与实际发电量进行比较,并分析误差原因.试验结果表明:对于地形复杂的横琴风电场,WAsP模拟的风速值普遍高于Fluent模拟的风速值;WAsP计算年发电量的误差为21.6％,Fluent的误差为10.4％;基于Fluent的CFD模型在风场模拟中比线性模型WAsP具有更高的准确性.     

微地形影响下铁塔设计优化

福建省山地地貌复杂多样,山地环境下微地形对输电铁塔设计有着显著影响.结合福厦特高压线路工程,辨识微地形塔位,采用CFD仿真分析求解微地形作用下的设计风速,对比分析微地形对铁塔受力及塔重影响,提出铁塔设计优化方案.     

峡谷地形条件下风电场风况数值模拟研究

针对掌握复杂地形区域内的风能分布对风电场微观选址有重要作用的问题,采用计算流体力学(CFD)技术,基于商用软件FLUENT平台,数值模拟了峡谷地形中风流流动规律,对比分析了主导风向、地形坡度及地面粗糙度三种主要影响因素变化时风场风速的分布情形,可为此类地形风电场的风机机位布置和塔架安装高度提供参考.     

山脊地形上的风场简化模型

建立了山脊地形风资源的空间扩展风场的简化模型,应用MATLAB语言对模型进行了模拟仿真,并在不同截面的山脊上绘制了0～100m高度的风廓线图,通过对风廓线图的分析可知.不同截面和坡度的山脊地形对气流加减速的影响效果明显不同.     

基于对称山丘地形与风力机耦合的流场数值模拟研究

复杂地形与风力机耦合诱导的流场较平坦地形下的风场流动特性更为复杂。基于致动盘理论和RANS方法,文章针对对称山丘地形与单台风力机间诱导流场的耦合作用,选取对称山丘地形的迎风山脚、迎风面、迎风半山坡、山顶以及背风半山坡5种布机方案进行研究。通过分析上述5种方案下所对应的风力机尾流区不同距离的轮毂高度处的径向风速与湍流强度的分布,以及山丘绕流与风力机尾流特性的相互影响,分析不同排布方案的影响,为复杂地形风电场尾流研究与风力机排布提供理论支持。     

Numerical simulation of solar wind energy towers

A numerical investigation is conducted to study the performance of solar wind energy towers. The two-phase flow of air and water droplets in the tower is modeled following an Euler–Lagrange approach with air representing the continuous phase and water droplets the discrete phase. Results demonstrate that energy towers perform best in hot and dry environments. Water injection at the inlet to a tower increases the strength of the downdraft current with the rate of increase diminishing as the flow at exit approaches saturation. At a given water injection rate and tower diameter the downdraft strength increases as the height increases, while it is independent of the diameter at constant height. Energy analysis shows that for towers of low height the cost of electricity is expensive and commercially unfeasible, while it is cheap for towers of heights higher than 100?m.     

下击暴流作用下定日镜表面风压数值模拟研究

为了研究下击暴流作用下塔式太阳能定日镜表面的风压分布特征,文章采用计算流体动力学方法对下击暴流作用下,不同径向位置和不同工作俯仰角的定日镜表面风压进行了数值模拟,并将模拟结果与大气边界层近地风作用下定日镜表面的风压特性进行了比较分析。分析结果表明:当定日镜正常工作时,下击暴流作用下,迎风面风压呈现出中间高两边低的分布趋势,风压峰值位于定日镜中部,背风面风压中间低两边高;随着俯仰角逐渐增大,下击暴流作用下,定日镜迎风面压力峰值中心从定日镜下边缘逐渐上移,最大压力值和高压区范围也逐渐增大,背风面负压值逐渐减小且谷值中心逐渐下移;与常规风相比,下击暴流作用下,定日镜表面风压受径向距离影响明显,当镜面垂直于地面时,定日镜迎风面和背风面表面风压随着定日镜与下击暴流风暴中心之间径向距离的增大而减小;在定日镜抗雷暴下击暴流强风的设计过程中,须要考虑下击暴流和常规风的速度场、气压场的不同,及其所导致的定日镜表面风压分布特征的变化。     

Numerical simulation of unsteady aerodynamics effects in horizontal-axis wind turbines

This paper deals with the numerical simulation of unsteady aerodynamics effects in horizontal-axis wind turbines. In particular, an unsteady three-dimensional potential method is presented whose aim is to predict time-dependent forces and moments on wind turbines operating in a field environment. The algorithm structure is such that the wake is not prescribed; instead, its shape and motion are obtained self-consistently from the solution of the problem. Flow separation effects are not considered. Once the mathematical formulation is discussed, the results of the solver validation campaign, including a parametric sensitivity study of the solutions, are presented. Then, the solver is applied to a practical case involving a wind turbine specifically constructed to collect unsteady aerodynamics data. It is found that the comparison between experimental data and computed results shows a good agreement. Finally, conclusions are drawn.     

风力机叶片翼型气动性能数值模拟

采用数值模拟方法对NACA23012,NACA4412,S809,S810等4种常用风力机叶片翼型进行了研究,分析了翼型静止与振荡时的气动性能.随着攻角的增加,静止翼型的升力系数先增大后减小,其阻力系数一直增大,显示出NACA4412翼型具有较好的低风速启动性能;振荡翼型的升力系数随着攻角的变化呈现一个闭合迟滞环曲线,显示出振荡翼型S809的动态失速迟滞效应最为明显.文章参照模拟结果和对比试验数据,验证了数值模拟的可靠性.     

垂直轴风力机三维效应的数值模拟研究

文章针对二维和三维垂直轴风力机的数值模拟的差异,提出了风力机的三维效应是造成模拟差异的主要原因。运用计算流体力学方法对某直线翼垂直轴风力机模型进行了二维和三维的数值模研究。通过比对实验得到的风力机功率系数,发现三维模拟结果与实验值吻合。观察尖速比为1.5时二维和三维垂直轴风力机的速度型分布曲线、流向速度云图和涡量云图,研究了阻塞效应、叶梢涡、支撑结构和塔架对数值模拟结果的影响。研究发现:在二维的数值模拟中,风力机没有受阻塞效应影响,功率系数被严重高估;三维的数值模拟能够模拟出全部的流畅细节,受叶梢涡和支撑结构的影响,风力机的功率系数明显降低。     

建筑高度对建筑群行人高度处的风场及污染物扩散影响的数值模拟

选取规则的高层建筑群,数值模拟了7种建筑高度布排下目标域内行人高度处的风场和污染物浓度场。建筑高度对风场和污染物浓度场有显著的影响,当域内建筑与周围建筑高度相同时,行人高度处的风速较小而污染物浓度在所有工况中最大;当域内建筑高度采用渐次或交错变化的布排方式且至少有1排建筑高度是周围建筑的2倍时,行人高度处的风速明显增强而污染物浓度变小;在域内建筑高度渐次增加的工况下,地面附近风速均匀且最强而污染物浓度最低。行人高度处的主流方向大多与来流方向一致或相反,与来流垂直方向的流动相对较弱。对流情况基本决定了污染物的分布特点,受地面回流和污染源位置的影响,7种工况下污染物浓度均较低。     

Numerical simulation of the casting process of a wind turbine rotor hub

An integrated numerical model was applied to simulate the mold filling and solidification process as well as predict the occurrence of relative casting defects for a rotor hub casting. The goal was to conduct a numerical experimentation to obtain an optimal alloy design of ductile cast iron for the rotor hub casting. A computer‐aided engineering software based on the finite element method was employed in this study. Numerical simulations were conducted for the rotor hub casting with two different types of alloy composition for ductile cast iron. The mold filling and solidification process were examined to predict the occurrence and extent of casting defects and a better alloy design was then proposed based on the simulated results to alleviate casting defects of the rotor hub casting. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

风力机翼型等速上仰动态失速数值模拟

采用κ-ωSST模型,利用CFD软件模拟了NREL S809翼型正弦振荡动态失速,并将结果和俄亥俄州立大学（OSU）风洞试验值对比,显示出较好的一致性,验证了所用方法的有效性．在此基础上对该翼型在雷诺数Re=1．0×10^6时以攻角变化率α=34．54（＊）·s^-1等速上仰动态失速过程进行了数值模拟,详细描述了等速上仰动态失速过程涡的发展以及翼型周围流场的分布．结果表明,动态失速现象是由前缘主涡和尾缘逆向涡交替作用引起;其气动特性曲线的分析结果表明,其失速前气动性能较静态时有较大提升．