基于修正湍流模型的致动盘方法研究

针对现有致动盘模型高估尾流速度的问题,对动量源项进行修正,以正确反映风轮对来流的作用;对湍流模型进行修正,在标准k-ε方程中添加湍流动能源项和耗散率源项,使湍流动能的生成和耗散相互协调;修正耗散率源项系数,使其沿径向服从抛物线分布。选取风洞实验数据对模型进行验证,并对串列和错列排布下的尾流流场进行分析。结果表明:串列排布时尾流的速度损失和湍流强度均增加,并随间距的增大而减小;错列排布对尾流湍流强度的影响大于对速度的影响,下游尾流会出现湍流强度不对称现象,横向间距为1D时最为严重,横向间距为4D时仍可观察到不对称现象。     

基于非均匀致动盘的风力机尾流模拟分析

针对常规致动盘方法中诱导因子均匀分布,而实际叶片的诱导因子沿径向变化的问题,提出了诱导因子非均匀分布的方法来模拟风力机的尾流流场。先以常规致动盘方法进行计算,根据理论和试验数据对比验证流场参数;在此基础上由叶片翼型参数求出诱导因子,根据其沿径向非均匀分布的特点进行计算,定性分析其尾流流场的特点及发展变化过程;最后,应用该方法分析两台同轴风力机在不同间距下所受到的影响。该研究结果可为风电场微观选址提供参考。     

基于非均匀致动盘的风力机尾流模拟分析

针对常规致动盘方法中诱导因子均匀分布，而实际叶片的诱导因子沿径向变化的问题，提出了诱导因子非均匀分布的方法来模拟风力机的尾流流场。先以常规致动盘方法进行计算，根据理论和试验数据对比验证流场参数；在此基础上由叶片翼型参数求出诱导因子，根据其沿径向非均匀分布的特点进行计算，定性分析其尾流流场的特点及发展变化过程；最后，应用该方法分析两台同轴风力机在不同间距下所受到的影响。该研究结果可为风电场微观选址提供参考。     

基于平板地形的流向均匀大气边界层比较分析

为了得到适用于风电场计算的边界条件和参数设置,对平板地形进行计算分析。对常用的3种入流边界条件进行梳理和计算,确定了Z模型适合描述流向均匀的大气边界层,以此为基础对5组湍流模型参数进行了对比计算,选出了1组最佳参数。对不同首层网格高度、垂直网格数量和顶部边界条件进行了计算分析,结果表明:在不同首层网格高度的情况下,入口和出口的风速扩线几乎没有变化,湍动能扩线变化较小,耗散率扩线在4 m高度以下有偏差,且随着首层网格高度的增加,耗散率数值不断下降;计算域中若有地形,则顶部采用入口边界条件可避免空气从顶部流出,更加适合描述大气边界层。因此,为提高风电场模拟精度,宜采用式(6),(8),(9)组成的入口边界条件,配合第2组湍流模型参数进行计算,同时顶部应采用入口边界条件。