[毕业论文] 风电场微观选址中风能资源的数值评估 [复制链接]

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毕业论文-风电场微观选址中风能资源的数值评估，共84页，33656字


中文摘要
在风电场中，当下游风机处于上游风机尾流区时，发电效率将降低，叶片机
械载荷将增大。开展风力尾流模型的研究，有助于合理地布置风力机，减小尾流
的影响，提高风能利用效率，实现风电场微观选址的优化。
本文通过引入简化假设推导出远尾流的速度分布，并用 CFD 软件 FLUENT
对风轮静止及旋转的风机进行了数值模拟。文中进行了相似性分析，由结果研究
了风轮转速和入口速度、入口湍动能、入口耗散率对尾流的影响，结果表明：尾
流区无量纲速度曲线受风轮转速和入口湍动能的影响较大，而与入口速度和入口
耗散率基本无关。本文还进行了数据处理，通过多项式最小二乘法拟合得到适用
于入口湍动能为 1 m2/s2、风轮直径 D=2.5m 的风机尾流速度表达式。
关键词：尾流；数值计算；流动特征；速度表达式

ABSTRACT
In the wind field, the power production will decrease and the mechanical loads on
the blades will increase when the wind turbines downstream are in the wake region of
the ones upstream. After doing research on wake model of the wind turbines we can
make a reasonable arrangement of the wind turbines and reduce the impact of the wake
and improve the energy efficiency, then solve micro-siting optimization problem.
In the thesis, the velocity expressions of the far wake region is obtained after
introducing some simplified assumptions，and CFD software FLUENT is used to
simulate the flow under the situation that the blades is resting and rotating. A similar
analysis is also carried out. The effects of the rotate speed and the inlet conditions on
the wake are analyzed according to the results. The results show that the dimensionless
velocity curve is mainly impacted by the rotate speed and the inlet turbulent kinetic
energy, but has little to do with the inlet velocity and the dissipation rate. In this thesis,
a data processing is also made and the velocity fitting expressions are obtained through
the least square method. The expressions can be applied to the situation that the inlet
turbulent kinetic energy is around 1 m2/s2 and the diameter of the wind turbine is 2.5m.
Keywords： wake; simulation; flow characteristics; the speed expression

目录
第 1 章 引 言 ..1
1.1 研究背景 .1
1.2 研究现状 .2
1.2.1 风机尾流概述 .......2
1.2.2 国外研究现状 .......3
1.2.3 国内研究现状 .......7
1.3 课题目的和意义 ......10
1.4 课题的主要工作 ......10
第 2 章 基础理论 ...11
2.1 计算流体力学的基本理论 11
2.1.1 计算流体力学概述 .......11
2.1.2 粘性流体力学问题的数学描述 ......12
2.2 湍流概述 ........13
2.2.1 湍流的数值模拟 .14
2.3 数值算法 ........18
2.3.1 算法概述 ....18
2.3.2 SIMPLE 算法 .......19
2.4 FLUENT 简介 ..22
2.4.1 FLEUNT 概述 ......22
2.4.2 FLUENT（ 6.3 版本）的分析过程 ..23
第 3 章 远尾流速度场分析 ......25
3.1 理论推导 ........25
3.2 本章小结 ........28
第 4 章 数值模拟 ...29
4.1 三维静止风轮的模拟 ........29
4.1.1 计算参数及数值方法 ...29
4.1.2 计算结果及分析 .33
4.2 三维旋转风轮的模拟 ........33
4.2.1 计算模型 ....33
4.2.2 计算结果及分析 .35
4.2.3 数据处理 ....38
4.3 计算结果与理论结果的比较 .....39
4.4 本章小结 ........40
第 5 章 影响尾流区的参数研究 ........41
5.1 相似性分析 .....41
5.1.1 理论推导 ....41
5.1.2 边界条件完全相似 .......42
5.2 风轮转速的影响 ......44
5.3 入口条件的影响 ......45
5.3.1 入口速度的影响 .45
5.3.2 入口湍动能的影响 .......47
5.3.1 入口耗散率的影响 .......49
5.4 速度表达式的拟合 ..50
5.4.1 公式拟合 ....50
5.4.2 公式检验 ....53
5.5 本章小结 ........54
第 6 章 结论及展望 55
6.1 结论 .......55
6.2 工作展望 ........56
插图索引 57
表格索引 59
参考文献 60
致 谢 ......62
声 明 ...错误！未定义书签。
附录 A 外文资料的书面翻译 .....64

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