水平轴风力机的尾流特性研究

题名	水平轴风力机的尾流特性研究
作者	马瑞洁
导师	李仁年 ; 李德顺
答辩日期	2016
学位名称	硕士
关键词	水平轴风力机尾流特性数值模拟叶尖速比速度分布湍流强度分布
摘要	2015年全世界风电产业继续迅猛发展,新增装机容量高达63690MW,再创历史新高。而风电场中风力机的集群化布置,使得风力机的尾流特性研究再次成为当今热门课题。面对有限的土地资源,一台风力机往往运行在其他机组的尾流中,而上游机组所引起的速度亏损和湍流强度的增加会增加下游风力机的动态载荷,从而造成功率的损失以及使用寿命的缩短。所以开展风力机尾流研究对风能的汲取、周围流场分析、载荷和气动性能的计算,以及风电场中风力机组的合理布置都具有重要意义。本文采用有限体积的方法,通过求解N-S方程,在均匀来流条件下,对一台两叶片水平轴风力机的风轮进行数值模拟,研究了不同叶尖速比时风轮尾流区的3‐D尾涡结构、叶尖涡涡核轨迹、速度分布及其亏损与恢复、尾流边界和湍流强度分布等。得到以下结论:1)在近尾流区,叶尖涡对叶尖作负功,而且叶尖涡并不严格从叶尖处脱落,而是在靠近叶尖约96.5%R到99%R的区域。叶尖涡运动轨迹的螺距与λ成反比。λ越大,推力系数越大,叶尖涡径向膨胀半径越大,叶根涡收缩越明显。近尾流区的速度随着叶片的通过以及尾涡的脱落呈现出周期性波动,λ越大,轴向速度亏损越明显,尾涡脱落引起的周向速度波动的峰值越小,影响时间越长。2)气流一流经风轮就出现了明显的速度亏损,而且湍流强度急剧增大,并在叶尖涡脱落处达到峰值。在y/d=1处,轴向速度呈现出W型分布,湍流强度呈倒W型分布。λ越大,速度亏损越大,叶尖对应的湍流强度也越大。在y/d=2处,速度亏损及湍流强度均小幅度增大,轴向速度亏损达到最大,尾流发生了再次膨胀。随着离风轮平面距离的增大,除了尾流中心,速度亏损逐渐恢复;叶尖和轮毂中心对应的湍流强度逐渐衰减。到y/d 8,轴向速度从W型转化为V型,轴向速度整个截面内保持平稳恢复,尾流边界保持微小的线性膨胀。此处,湍流强度在中心区达到最小,并开始反向增大,趋于径向均匀。直到y/d 18,尾流区的速度亏损和湍流强度依依然很大,而且湍流强度的衰减比速度亏损的衰减更缓慢。
页数	63
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TM315
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/91534
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	马瑞洁. 水平轴风力机的尾流特性研究[D],2016.