風(fēng)電場風(fēng)機尾流及其迭加模型的研究（2）

本文針對風(fēng)電場風(fēng)機尾流計算與尾流迭加問題，從現(xiàn)有一維線性模型所存在的缺陷入手，建立更完整、合理的一維非線性擴張尾流模型；針對風(fēng)機尾流迭加的不同情況，建立完整的風(fēng)機尾流迭加模型；結(jié)合相關(guān)的工程算例，通過與三維數(shù)值模擬計算結(jié)果的對比分析，驗證了所建立的風(fēng)機尾流模型及其迭加模型的合理性和適用性。
1 模型推導(dǎo)
1．1非線性尾流模型
利用三維計算流體動力學(xué)(computational fluidd)rnamics，CFD)對風(fēng)電場風(fēng)機尾流進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明(如圖1所示)：風(fēng)機尾流影響直徑的變化趨勢并非線性，而是趨向于多次拋物線型。采用一維線性尾流模型模擬風(fēng)機尾流可能存在較大的偏差，其影響主要有：
1)尾流影響直徑假設(shè)不合理
造成風(fēng)速計算不準(zhǔn)確，導(dǎo)致優(yōu)化的位置達(dá)不到最優(yōu)預(yù)期，且隨著距離的增大，計算偏差較大；
2)在判斷下游風(fēng)機是否處在上游風(fēng)機的尾流影響區(qū)域內(nèi)時，由于尾流區(qū)域的假設(shè)不合理，判斷結(jié)果將出現(xiàn)偏差。因此，非線性尾流研究主要建立在關(guān)注風(fēng)輪的湍流影響的基礎(chǔ)上，克服原有線性尾流模型的弊端，采用簡化風(fēng)機尾流非線性擴張模型(即尾流影響邊界隨距離非線性增大)，其簡化模型如圖2所示，該模型風(fēng)機尾流呈非線性變化趨勢。現(xiàn)采用控制體積法對風(fēng)機流場進(jìn)行分析，并設(shè)：甜o、甜分別為風(fēng)機前、風(fēng)機后距離風(fēng)機z處的風(fēng)速；風(fēng)為風(fēng)輪直徑；現(xiàn)、D分別為風(fēng)機后、距離風(fēng)機x處的尾流直徑。根據(jù)歐拉輸運公式以及動能定理可得.
1．2尾流迭加模型
在一維尾流計算模型[1孓”】中，目前常用的風(fēng)機尾流迭加模型有2種，均為簡化計算模型。一種是采用最大尾流衰減確定受影響風(fēng)機處的尾流風(fēng)速，另一種采用動能衰減原理確定受影響風(fēng)機處的尾流風(fēng)速。對于風(fēng)機尾流的迭加，應(yīng)分為2種情況(如圖3所示)：情況1，尾流迭加計算處風(fēng)機的上游風(fēng)機處于其他風(fēng)機的尾流影響范圍之內(nèi)；情況2，尾流迭加計算處風(fēng)機的上游風(fēng)機不處于其他風(fēng)機的尾流影響范圍之內(nèi)。
1)針對情況1的風(fēng)機尾流迭加模型的推導(dǎo)。
該情況中，第甩臺風(fēng)機的尾流風(fēng)速主要受上游第以一1臺風(fēng)機的影響，上游的療一2臺風(fēng)機只是影響該風(fēng)機尾流邊界的尾流恢復(fù)速度，對其尾流風(fēng)速的影響是間接的。設(shè)風(fēng)電場刀臺風(fēng)機沿軸線方向排列，風(fēng)機工作風(fēng)速分剛記為“l。：，，“，，女l『罔2(a)所求。取1’，風(fēng)機和2呼風(fēng)機黜甜作為控制休．根據(jù)咄托輸運斤.
2算例分析
2 1 采用一維非線性擴張尾流模型的算例分析