風(fēng)電場多尺度流動(dòng)模擬和數(shù)學(xué)模型

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究方法 4
1.1.1 風(fēng)電場實(shí)測 4
1.1.2 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 4
1.1.3 CFD數(shù)值模擬 5
1.1.4 數(shù)學(xué)模型 8
1.2 風(fēng)電機(jī)組尾流解析模型研究進(jìn)展 8
1.2.1 基于質(zhì)量守恒的尾流解析模型 8
1.2.2 基于動(dòng)量定理的尾流解析模型 10
1.2.3 現(xiàn)存不足和待研究的問題 11
1.3 風(fēng)電場邊界層模型研究進(jìn)展 11
1.3.1 風(fēng)電場邊界層模型 11
1.3.2 風(fēng)電場邊界層模型的應(yīng)用 12
1.3.3 現(xiàn)存不足和待研究的問題 12
1.4 風(fēng)電場偏航協(xié)同控制研究進(jìn)展 13
1.4.1 串列風(fēng)電機(jī)組偏航協(xié)同控制研究進(jìn)展 13
1.4.2 陣列風(fēng)電機(jī)組偏航協(xié)同控制研究進(jìn)展 15
1.4.3 現(xiàn)存不足和待研究的問題 16
1.5 城市風(fēng)電與城市街區(qū)的相互影響研究進(jìn)展 16
1.5.1 城市中的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 16
1.5.2 城市大氣流動(dòng)相關(guān)研究進(jìn)展 18
1.5.3 現(xiàn)存不足和待研究的問題 20
本章小結(jié) 20
參考文獻(xiàn) 21
第2章 大渦模擬方法 31
2.1 大渦模擬方法介紹 31
2.1.1 控制方程 31
2.1.2 拉格朗日動(dòng)力模型 32
2.1.3 邊界條件 34
2.1.4 風(fēng)電機(jī)組模型 36
2.1.5 數(shù)值求解方法 39
2.2 大渦模擬方法驗(yàn)證 41
2.3 單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組尾流的大渦模擬研究 42
2.3.1 算例設(shè)置 42
2.3.2 尾流演化過程分析 44
2.3.3 小結(jié) 51
2.4 偏航風(fēng)電機(jī)組尾流的大渦模擬研究 51
2.4.1 算例設(shè)置 51
2.4.2 不同偏航角下風(fēng)電機(jī)組的尾流演化過程 52
2.4.3 小結(jié) 59
本章小結(jié) 59
參考文獻(xiàn) 59
第3章 基于動(dòng)量定理的尾流二維解析模型 62
3.1 引言 62
3.2 基于動(dòng)量定理的經(jīng)典尾流模型 62
3.2.1 一維尾流模型 62
3.2.2 二維尾流模型 63
3.2.3 模型存在的問題 65
3.3 MTG模型 65
3.3.1 真實(shí)尾流邊界的確定 66
3.3.2 J值的確定 69
3.3.3 與BP模型的對比 71
3.4 模型驗(yàn)證 73
3.4.1 激光雷達(dá)測風(fēng)實(shí)驗(yàn) 73
3.4.2 GH風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 75
3.4.3 EWTW風(fēng)電場實(shí)測實(shí)驗(yàn) 77
3.4.4 高粗糙度風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 79
本章小結(jié) 80
參考文獻(xiàn) 81
第4章 基于質(zhì)量守恒的尾流二維解析模型 83
4.1 引言 83
4.2 基于質(zhì)量守恒的經(jīng)典尾流模型 83
4.3 MCG模型 86
4.3.1 壓力恢復(fù)區(qū)的速度損失 87
4.3.2 遠(yuǎn)場尾流區(qū)的速度損失 89
4.3.3 尾流線性膨脹模型 90
4.4 近場尾流區(qū)的改進(jìn) 91
4.5 模型驗(yàn)證 93
4.5.1 大渦模擬仿真 93
4.5.2 TNO風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 95
4.5.3 甘肅雷達(dá)測風(fēng)實(shí)驗(yàn) 96
4.5.4 Sexbierum陸上風(fēng)電場實(shí)測實(shí)驗(yàn) 97
4.6 與動(dòng)量定理模型的對比 99
本章小結(jié) 100
參考文獻(xiàn) 101
第5章 風(fēng)電場邊界層模型 103
5.1 引言 103
5.2 經(jīng)典的風(fēng)電場邊界層模型 103
5.3 不同間距特征的風(fēng)電場大渦模擬研究 106
5.3.1 算例設(shè)置 106
5.3.2 不同間距特征風(fēng)電場的流場分析 108
5.3.3 不同間距特征風(fēng)電場的邊界層結(jié)構(gòu)分析 110
5.3.4 風(fēng)電場尾流層的流動(dòng)不均勻分析 111
5.4 風(fēng)電場邊界層模型 113
5.4.1 考慮流動(dòng)不均勻的風(fēng)電場邊界層模型 113
5.4.2 改進(jìn)的R-Jensen尾流模型 116
5.4.3 耦合模型 119
5.5 計(jì)算結(jié)果分析 121
5.5.1 模型驗(yàn)證 121
5.5.2 尾流模型的敏感性分析 124
5.5.3 地面粗糙度的影響 125
5.6 實(shí)際風(fēng)電場功率預(yù)測 126
5.6.1 考慮入口效應(yīng)的尾流邊界層模型 127
5.6.2 功率預(yù)測結(jié)果分析 128
5.7 風(fēng)電場邊界層湍流統(tǒng)計(jì)量的預(yù)測模型 129
5.7.1 風(fēng)電場邊界層流向和展向脈動(dòng)速度分布規(guī)律 129
5.7.2 風(fēng)電場邊界層垂向動(dòng)量通量的變化規(guī)律 131
5.7.3 風(fēng)電場邊界層湍流統(tǒng)計(jì)量預(yù)測模型 133
本章小結(jié) 135
參考文獻(xiàn) 136
第6章 單列風(fēng)電機(jī)組的偏航協(xié)同控制 138
6.1 引言 138
6.2 串列風(fēng)電機(jī)組偏航協(xié)同控制優(yōu)化方法 138
6.2.1 偏航尾流模型 138
6.2.2 速度疊加模型及功率計(jì)算 141
6.2.3 優(yōu)化算法與流程 142
6.3 控制策略 143
6.3.1 優(yōu)化空間的簡化 143
6.3.2 確定偏航角的廣義公式 145
6.4 數(shù)值驗(yàn)證 150
本章小結(jié) 153
參考文獻(xiàn) 154
第7章 風(fēng)電場整場功率優(yōu)化協(xié)同控制 156
7.1 引言 156
7.2 風(fēng)電場協(xié)同控制優(yōu)化方法 156
7.3 實(shí)際風(fēng)電場的偏航協(xié)同控制 159
7.3.1 優(yōu)化結(jié)果分析 160
7.3.2 優(yōu)化方案分析 164
7.4 基于推力分配的功率協(xié)同控制 165
7.4.1 優(yōu)化方法 165
7.4.2 優(yōu)化結(jié)果 166
7.5 推力分配與偏航相結(jié)合的功率協(xié)同控制 168
7.5.1 優(yōu)化方法 168
7.5.2 優(yōu)化結(jié)果 168
7.5.3 三種協(xié)同控制方法的對比 169
本章小結(jié) 170
參考文獻(xiàn) 170
第8章 城市街區(qū)與中型風(fēng)電機(jī)組的相互作用 171
8.1 引言 171
8.2 算例設(shè)置 171
8.3 街區(qū)作用下風(fēng)電機(jī)組的尾流演化 172
8.3.1 風(fēng)電機(jī)組尾流形態(tài) 172
8.3.2 風(fēng)電機(jī)組尾流演化機(jī)理 175
8.4 風(fēng)電機(jī)組對街區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響 179
8.4.1 街區(qū)中速度分布 179
8.4.2 街區(qū)中湍流度分布 181
本章小結(jié) 182
參考文獻(xiàn) 183
第9章 屋頂小型風(fēng)電機(jī)組與城市街區(qū)的相互作用 184
9.1 引言 184
9.2 算例設(shè)置 184
9.3 城市街區(qū)周圍的風(fēng)資源特性 186
9.3.1 速度分布 186
9.3.2 湍流度分布 188
9.4 屋頂風(fēng)電機(jī)組發(fā)電特性 190
9.4.1 功率輸出特性 190
9.4.2 功率波動(dòng)特性 194
9.5 屋頂風(fēng)電機(jī)組對街區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響 195
9.5.1 速度影響 195
9.5.2 湍流度影響 197
本章小結(jié) 197
參考文獻(xiàn) 198