| 题名 | 中性大气边界层中水平轴风力机尾流特性研究 |
| 作者 | 郭涛 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 李德顺 |
| 关键词 | 中性大气边界层 水平轴风力机 外场试验 速度亏损 湍流特性 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 风力机尾流特性的研究对风电场的微观选址、载荷预测、功率预测以及控制策略都有着重要的意义,但传统的尾流数值计算和风洞实验无法准确的描述自然条件下的尾流特征。因此本文在中性大气边界条件下,通过对一台两叶片的33k W风力机进行外场试验和数值模拟,得到尾流的速度特征和湍流特征,分析了实验与数值计算中尾流的非对称,研究了中性大气边界层中不同来流速度条件下的尾流特征,主要工作内容如下:(1)外场试验条件下风力机尾流特性研究。利用外场试验平台,对试验机组的来流、尾流及风力机运行参数进行测量。分析尾流测点的速度亏损,湍动能,流动角概率分布以及湍流相干结构在三个方向上的频谱特性。研究得到三个测量点的轴向速度亏损率在32.18%和63.22%之间;水平流动角和垂直流动角呈现不同的分布规律;垂直脉动速度的功率谱呈现出斜率-1的规律,横向和轴向脉动速度功率谱分别都呈现出斜率-1和-5/3的规律。通过比较左、右测点与中间测点的流动相关性,发现左、右测点出现明显的非对称,并解释了非对称的原因。(2)实验工况下的数值模拟研究。利用大涡模拟和致动线模型耦合的方法模拟试验机组在中性大气边界层中的运行。与实验结果的对比,验证数值模拟的准确性。并且进一步证明在侧向力的作用下尾流的非对称现象。随着与风轮距离的增大6D时速度已恢复至来流的90%,在10D时已基本恢复至来流状态。风力机的尾流速度分布曲线呈M型分布。在来流经过风轮以后,湍流相干结构的轴向上惯性子区变宽,耗散区位置向更高频率的位置移动。(3)通过比较不同来流风速下试验机组风轮的尾流速度亏损、尾流边界、湍动能、涡量以及低速轴转矩的概率分布和频谱特性,获得中性大气边界层中不同来流风速下风力机尾流和转矩特性。研究得到风速越大的中性大气边界层中湍动能越大,并且越有利于尾流的恢复;来流平均风速为4m/s时,尾流边界清晰,叶尖涡明显,而来流平均风速为9m/s时,尾流边界变得模糊,没有出现明显的叶根涡和叶尖涡,在距离风轮2D以后,速度亏损已经没有明显的形状;尾流在垂直方向和水平方向上的湍动能和速度分布都表现出明显的不对称;与稳定来流条件下的风力机低速轴转矩相比,中性大气边界层中低速轴转矩波动范围较宽,概率分布符合威布尔分布,它们的频谱特征的差异主要存在于低频段和倍频尖峰对应的位置,表明风力机对大气边界层中的湍流响应明显。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 62 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93961]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭涛. 中性大气边界层中水平轴风力机尾流特性研究[D]. 2018. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论