風電場風機尾流及其迭加模型的研究（2）

本文針對風電場風機尾流計算與尾流迭加問題，從現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；針對風機尾流迭加的不同情況，建立完整的風機尾流迭加模型；結合相關的工程算例，通過與三維數值模擬計算結果的對比分析，驗證了所建立的風機尾流模型及其迭加模型的合理性和適用性。
1 模型推導
1．1非線性尾流模型
利用三維計算流體動力學(computational fluidd)rnamics，CFD)對風電場風機尾流進行模擬分析，結果表明(如圖1所示)：風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)尾流影響直徑假設不合理
造成風速計算不準確，導致優化的位置達不到最優預期，且隨著距離的增大，計算偏差較大；
2)在判斷下游風機是否處在上游風機的尾流影響區域內時，由于尾流區域的假設不合理，判斷結果將出現偏差。因此，非線性尾流研究主要建立在關注風輪的湍流影響的基礎上，克服原有線性尾流模型的弊端，采用簡化風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，該模型風機尾流呈非線性變化趨勢。現采用控制體積法對風機流場進行分析，并設：甜o、甜分別為風機前、風機后距離風機z處的風速；風為風輪直徑；現、D分別為風機后、距離風機x處的尾流直徑。根據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機處的尾流風速，另一種采用動能衰減原理確定受影響風機處的尾流風速。對于風機尾流的迭加，應分為2種情況(如圖3所示)：情況1，尾流迭加計算處風機的上游風機處于其他風機的尾流影響范圍之內；情況2，尾流迭加計算處風機的上游風機不處于其他風機的尾流影響范圍之內。
1)針對情況1的風機尾流迭加模型的推導。
該情況中，第甩臺風機的尾流風速主要受上游第以一1臺風機的影響，上游的療一2臺風機只是影響該風機尾流邊界的尾流恢復速度，對其尾流風速的影響是間接的。設風電場刀臺風機沿軸線方向排列，風機工作風速分剛記為“l。：，，“，，女l『罔2(a)所求。取1’，風機和2呼風機黜甜作為控制休．根據咄托輸運斤.
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