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风电场中风力机尾流模型研究

作　者: 张镇
导　师: 张晓东
学　校: 华北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: 风力发电风力机尾流模型半经验公式全场尾流模型
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

风力发电在世界范围内快速发展,大规模风电场、大容量风电机组日益成为当今风电开发的主流。这不可避免的带来了一些新的问题,尾流效应就是其中之一,尾流不仅对风力机的出力有影响,并且对风力机的结构疲劳也有影响。充分考虑风电场内风力机尾流间的相互影响,是开展风场微观选址、风力机部机优化与风电场短期出力预报的前提。本文以单台风力机为研究对象,深入研究了基于理想风力机一维动量理论推导的Jensen模型与改进Jensen模型和基于经验总结的无粘近场尾流模型等半经验模型。首先,在Jensen模型与改进Jensen模型的基础上,针对其理论假设的不足,提出了物理模型的修正。将原模型与修正编写为计算程序,以FFA和东京大学的风洞实验为参照,计算了风力机的尾流场速度分布,对结果进行了分析比较。然后,结合无粘近场尾流模型,建立了两种全场尾流模型A、B,并将其编写为计算程序,计算了Nibe风力机的尾流场速度分布,与实测值做了比较分析,并参照文献与其他知名模型的结果做了对比。最后,对所建立模型的计算参数和风速剖面的计算做了探讨。结果表明,所提出的修正极大地改善了原模型的计算结果,新建立的全场尾流模型计算结果符合尾流场速度先急剧下降后快速回升继而逐渐平缓的变化趋势,并且模型B比模型A更优。本文所建立的全场尾流模型可以用于风力机全场尾流速度分布的模拟,能够指导风电场工程实践。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-11
    1.1.1 风力发电现状  9-11
    1.1.2 风力发电中的空气动力学问题  11
  1.2 国内外研究现状与主要方法  11-14
  1.3 论文主要工作  14-16
第2章风力机尾流分析基础理论  16-25
  2.1 风基础理论  16-19
    2.1.1 风的形成  16-17
    2.1.2 风速与风能  17-18
    2.1.3 风速频率分布  18-19
  2.2 大气边界层理论  19-22
    2.2.1 风速廓线  19-20
    2.2.2 湍流  20-21
    2.2.3 稳定度  21-22
  2.3 理想风力机一维动量理论  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章单台风力机尾流风洞实验与风力机试验  25-30
  3.1 FFA风洞实验  25-27
    3.1.1 风洞与风力机模型介绍  25-26
    3.1.2 环境模拟  26-27
    3.1.3 其他设定与测量结果  27
  3.2 东京大学风洞实验  27-28
  3.3 NIBE风力机试验  28-29
    3.3.1 Nibe风力机的建造、安装与运行  28-29
    3.3.2 Nibe风力机的参数与尾流测试  29
  3.4 本章小结  29-30
第4章 Jensen模型的修正  30-41
  4.1 JENSEN模型介绍  30-32
    4.1.1 Jensen模型  30-31
    4.1.2 改进Jensen模型  31-32
  4.2 JENSEN模型的修正  32-33
  4.3 修正的验证性算例  33-40
    4.3.1 FFA实验  33-36
    4.3.2 东京大学实验  36-40
  4.4 本章小结  40-41
第5章全场尾流模型的建立  41-46
  5.1 全场尾流模型建立  41-42
    5.1.1 无粘近场尾流模型介绍  41
    5.1.2 全场模型的建立  41-42
  5.2 全场尾流模型验证性算例  42-44
  5.3 与其他尾流模型计算结果的比较  44-45
  5.4 本章小结  45-46
第6章计算参数分析与风速剖面模拟  46-51
  6.1 计算参数分析  46-48
  6.2 风速剖面模拟  48-49
  6.3 本章小结  49-51
第7章结论与展望  51-53
  7.1 主要结论  51
  7.2 展望  51-53
参考文献  53-56
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  56-57
攻读硕士学位期间参加的科研工作  57-58
致谢  58

风电场中风力机尾流模型研究

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