轮毂高度差或上游风力机偏航角对风力机总功率输出的影响

• Published in: 农业工程学报 Vol. 34; no. 22; pp. 155 - 161
• Main Authors: 杨从新, 何攀, 张旭耀, 张亚光, 金锐
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 兰州理工大学能源与动力工程学院,兰州 730050 15.11.2018; 甘肃省流体机械及系统重点实验室,兰州 730050%兰州理工大学能源与动力工程学院,兰州,730050
• Subjects: 轮毂高度差; OpenFOAM; 风力机; 数值分析; 尾流; 致动线; 偏航角; 总功率输出
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.019

TK83; 为了研究风力机间轮毂高度差或上游风力机偏航角对风力机总功率输出的影响,该文以NREL 5 MW风力机作为研究对象,基于OpenFOAM开源软件,使用致动线模型和大涡模拟相结合的数值方法.首先对致动线模型中的重要参数高斯分布因子(ε)做了研究,并对数值方法做了可靠性验证;其次对风力机不同叶尖速比下的尾流速度特性进行了分析;最后研究了2种能减小上游风力机尾流效应而使下游风力机输出功率增大的方法.结果表明:在致动线模型中,风轮直径上有50个网格节点,ε 取值为1.6倍的网格尺度时,风力机功率的相对误差最小,为1.1％;风力机尾流速度分布与叶尖速比有关,叶尖速比较大时,近尾流区的速度亏损大,尾流场的速度恢复比较快,叶尖速比比较小时,近尾流区的速度亏损小,尾流场的速度恢复比较慢;串列风力机轮毂高度不同或上游风力机存在偏航角时,可以增大下游风力机功率输出从而增大2台风力机的总功率输出.在入流速度为7 m/s,两台风力机间距离为6倍风轮直径的条件下,当上游风力机轮毂高度减去下游风力机轮毂高度的差值为0.25、0.5和0.75倍的风轮直径时,相比于上、下游风力机不存在轮毂高度差,下游风力机功率输出依次增大了1.36、2.50、4.50倍,2台风力机总功率依次增大了20％、56％和66％.当上游风力机偏航角为15°、30°和45°时,相比于上游风力机偏航角为0°,下游风力机功率输出依次增大了1.58、3.36和4.26倍,两台风力机总功率依次增加了18％、30％和22％.此研究结果可为探究提高风场总功率输出的方法提供参考.