[發明專利]一種基于質量守恒的遠場尾流二維解析模型

有效

• 申請號: 201810275655.8
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108509718B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 葛銘緯;武英;劉永前;李莉;邵振州
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了一種基于質量守恒的遠場尾流二維解析模型，所述遠場尾流二維解析模型的建立包括以下步驟：步驟一：將風電機組尾流進行分類，包括壓力恢復區和遠場尾流區，壓力恢復區的速度損失呈頂帽分布，遠場尾流區的速度損失呈高斯分布；步驟二：根據質量守恒方程以及速度損失在壓力恢復區和遠場尾流區的分布特點，求解下游距離x處的最大速度損失；步驟三：假設尾流線性膨脹并定義尾流邊界，引入尾流膨脹系數k表示尾流區的線性膨脹規律；步驟四：計算整個尾流區內任意位置處的速度損失，建立風電機組遠場尾流二維解析風速分布的計算模型。

技術領域

本發明涉及風電機組尾流計算技術領域，特別是涉及基于質量守恒的遠場尾流二維解析模型。

背景技術

解析尾流模型是研究風電機組尾流的常用方法之一，現有的解析尾流模型都基于不同的原理和假設條件。如最經典的Jensen模型基于質量守恒和頂帽分布的假設，Frandsen模型則基于動量定理和頂帽分布的假設。還有一些解析模型通過考慮尾流區速度剖面來提高計算精度，如Ishihara模型和BP模型都基于動量定理和尾流區速度損失自相似高斯分布的假設。但是無論是否考慮尾流區速度損失的自相似性，現有模型都有一定缺陷。因為大量實驗數據、仿真結果和風電場實測數據都表明，在靠近風電機組的近場尾流區，速度損失近似符合頂帽分布；而在流動充分發展的遠場尾流區，速度損失近似符合高斯分布。因此，在整個尾流區內僅假設一種速度剖面是不符合實際情況的，這可能會影響計算結果的準確性。

因此希望有一種基于質量守恒的遠場尾流二維解析模型來解決現有技術中存在的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于質量守恒的遠場尾流二維解析模型，對風電機組尾流區進行劃分,并對其速度剖面進行不同假設。

本發明提供一種基于質量守恒的遠場尾流二維解析模型，所述遠場尾流二維解析模型的建立包括以下步驟：

步驟一：將風電機組尾流進行分類，包括壓力恢復區和遠場尾流區，壓力恢復區的速度損失呈頂帽分布，遠場尾流區的速度損失呈高斯分布；

步驟二：根據質量守恒方程以及速度損失在壓力恢復區和遠場尾流區的分布特點，求解下游距離x處的最大速度損失；

步驟三：假設尾流線性膨脹并定義尾流邊界，引入尾流膨脹系數k表示尾流區的線性膨脹規律；

步驟四：計算整個尾流區內任意位置處的速度損失，建立風電機組遠場尾流二維解析風速分布的計算模型。

優選地，所述步驟一包括以下內容：

①根據風電機組尾流的演化特點，將尾流區劃分為所述壓力恢復區和遠場尾流區，在所述壓力恢復區尾流速度損失呈Jensen模型中假設的頂帽分布，軸向誘導因子可以表示為

其中，C_T為推力系數；a為軸向誘導因子；

②在所述遠場尾流區考慮速度損失自相似性并假設尾流速度損失剖面符合高斯分布，則

其中，C(x)為下游距離x處的最大速度損失；σ為下游距離x處高斯速度損失剖面的標準差；r為到尾流中心的徑向距離；U_w為尾流速度；U_∞為無窮遠處的來流風速。

優選地，所述步驟二包括以下內容：

①以緊鄰風輪后方的區域作為控制體，由質量守恒方程可得

其中，ρ為空氣密度；A₀為風輪面積；A_w為尾流區面積；U_wfar為遠場尾流區的風速；