风电场湍流尾迹的机理与模型
文献类型：学位论文
| 作者 | 王泽伟
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| 答辩日期 | 2024-05-20 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 杨晓雷 |
| 关键词 | 风电场，风力机，尾迹 |
| 学位专业 | 流体力学 |
| 其他题名 | The Mechanisms and Models of Turbulent Wakes in Wind Farms |
| 英文摘要 | 随着风能的快速发展，风电场中复杂的尾迹流动对于风电场性能的影响变得至关重要。深入研究风电场布局对流场的影响及尾迹的物理机制，同时开发可迅速预测尾迹速度剖面的工程模型对于风电场的选址和控制优化具有重要意义。本研究旨在揭示风电场中以尾迹为对象的复杂流动的物理机制，包括百米量级的风力机尾迹与万米量级的风电场尾迹。具体而言，我们将专注于风电场中风力机尾迹的空间分布特征与风电场湍流尾迹的恢复机理，并发展能够准确预测风力机尾迹速度剖面与风电场尾迹速度分布的参数化模型。为了实现这些目标，我们通过高精度的大涡模拟对风电场进行了模拟，并根据研究问题的尺度将其分为两个部分的内容进行研究：1. 风电场中风力机尾迹的复杂物理特征探究；2.风电场湍流尾迹恢复机理的研究。
在第一部分的内容中，我们研究了在上游多台风力机尾迹相互作用下，下游风力机尾迹物理量的空间分布与尾迹发展演化的物理机理。我们发现在风电场深处排列的风力机尾迹在垂向发展不均匀，并且尾迹中心有向上偏移的现象。不同流向风力机间距对于尾迹中心的偏移几乎没有影响，但表面粗糙度越高，其尾迹中心偏移的幅度越大。我们还基于现有尾迹解析模型，开发了考虑尾迹中心向上偏移的适用于风电场情景的风力机尾迹解析模型。该解析模型能够准确预测风电场中风力机尾迹的速度剖面在垂向分布的不对称性，并且揭示了尾迹中心的垂向偏移对于解析模型预测的重要影响。
在第二部分的内容中，我们研究了不同流向风力机间距、地表粗糙度以及流向风力机排列数目对风电场湍流尾迹的影响。我们发现不同流向风力机间距仅在风电场近尾迹区域（即，距离风电场末端小于 20 倍风力机转子直径的位置）对湍流强度有显著影响。地表粗糙度与流向风力机排列数目通过影响风电场的能量摄取幅值和湍流水平显著影响了风电场尾迹的速度亏损。随后，通过平均动能方程，我们进一步探究了风电场湍流尾迹的恢复机理。我们发现与风电场内部流动的恢复机理不同的是，在风电场尾迹中，除了垂向的湍流剪切，垂向平均对流也主导了风电场尾迹的恢复。最后，基于风电场尾迹的恢复机理发展了适用于多种不同风电场布局的尾迹解析模型，其预测结果与大涡模拟数据具有高度的一致性。
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| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/95225]  |
| 专题 | 力学研究所_非线性力学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王泽伟. 风电场湍流尾迹的机理与模型[D]. 北京. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：力学研究所
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