偏航风力机尾流特性和功率性能的大涡模拟研究

摘要

对偏航风力机尾流特性更好地了解有助于风电场偏航策略的使用，本文开展了偏航风力机尾流大涡模拟研究.首先，建立基于伪谱法的大涡模拟耦合新发展的滤波致动盘模型的模拟方法，使用EPFL偏航风力机尾流风洞实验数据验证了该方法的可行性和准确性.然后，模拟了不同偏航角下的风力机尾流，发现滤波致动盘模型对远尾流区的速度亏损、湍流度和尾流中心偏移有较高的预测精度.与非偏航情形不同，偏航情形大涡模拟重现了实验中观察到的“卷曲尾流”现象，这种现象造成了速度亏损和湍流度在垂直面出现不对称的分布.最后，模拟了两台风力机的尾流状况，并分析上游风力机偏航角对功率性能的影响.模拟结果显示风力机间距不宜过短，一方面，上游风力机尾流干扰造成下游风力机的功率下降，另一方面，在较短间距情况下上游风力机尾流中心偏移值在下游风力机处较小，总功率增加量减少.研究内容对在风电场使用偏航技术具有指导意义.

关键词

风力机 / 大涡模拟 / 大气边界层 / 偏航尾流 / 功率性能