基于本征正交分解的水平轴风力机非定常尾迹特性分析

摘要：

风力机的尾流效应对下游风力机的气动性能和疲劳载荷均有重要影响.为了研究叶尖速比对水平轴风力机非定常尾迹特性的影响,该研究在中性大气条件下采用基于致动线模型的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法对不同叶尖速比下运行的风力机进行了数值模拟,并采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法对风力机尾迹结构进行了分析.结果表明,叶尖速比对风力机下游12D(D为风轮直径)范围内速度分布有显著影响,随着流向距离的增加,叶尖速比的影响逐渐减弱;风轮尾迹中2D处的速度亏损最大,在下游28.5D附近速度完全恢复;叶尖速比对风力机尾迹湍流强度有很大影响,叶尖速比为2时尾流湍流强度最弱,而叶尖速比为3时尾流湍流强度最大,说明该叶尖速比下尾流与大气边界层掺混作用剧烈,有利于尾迹速度恢复;叶尖速比对风力机尾迹结构的尺度和含能大小有显著影响,叶尖速比为3时尾迹中的大尺度结构及其含能占比最高,随着POD模态阶数的增加,尾流结构尺度和含能逐渐减小;风力机尾迹结构由反向旋转的高、低速涡对组成,其垂向尺度可达到整个边界层厚度,而风力机风能吸收利用效率主要体现在尾迹展向湍涡结构的尺度.该研究可为深入理解叶尖速比对风力机尾迹平均统计特征及结构演化的影响提供依据,为风力机优化设计和运行策略制定提供帮助.

关键词：风力机、发电、数值模拟、叶尖速比、尾迹特性、本征正交分解

所属期刊栏目：38

分类号：TK89;O355(风能、风力机械)

资助基金：国家自然科学基金;甘肃省自然科学基金

在线出版日期：2022-07-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：69-77