[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于改進(jìn)Jensen模型的風(fēng)力機(jī)尾流計(jì)算方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010431638.6
• 申請(qǐng)日: 2020-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111651870B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周川;王俊;蔡彥楓;汪華安;黃穗;張燦亨;王鵬;王潔
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司;廣東科諾勘測(cè)工程有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/06;G06F119/14
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 陳旭紅;呂金金

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種基于改進(jìn)Jensen模型的風(fēng)力機(jī)尾流計(jì)算方法，包括：輸入相關(guān)參數(shù)，根據(jù)尾流區(qū)風(fēng)速?gòu)较蚍植嫉挠嘞夷Ｐ停玫斤L(fēng)速u(mài)subgt;x/subgt;與軸線風(fēng)速u(mài)subgt;axts/subgt;的關(guān)系；根據(jù)尾流區(qū)半徑的冪模型，得到風(fēng)速軸向分布模型；根據(jù)所述余弦模型及所述尾流區(qū)半徑的冪模型，得到改進(jìn)Jensen模型；本發(fā)明實(shí)施例提供的基于改進(jìn)Jensen模型的風(fēng)力機(jī)尾流計(jì)算方法在估算風(fēng)速的徑向分布時(shí)，在近尾流區(qū)存在一定的誤差，而在遠(yuǎn)尾流區(qū)非常接近實(shí)際情況；并且在估算風(fēng)速的軸向分布時(shí)，在環(huán)境湍流強(qiáng)度較高的工況下，估算結(jié)果與實(shí)際情況非常接近。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體力學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于改進(jìn)Jensen模型的風(fēng)力機(jī)尾流計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址是整個(gè)風(fēng)電開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備工作之一，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的合理布置能夠最大限度地利用風(fēng)能、降低成本、延長(zhǎng)機(jī)組壽命。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾流效應(yīng)是影響風(fēng)電場(chǎng)微觀選址的重要因素之一。尾流效應(yīng)是指風(fēng)流經(jīng)風(fēng)力機(jī)后，風(fēng)速的大小和方向發(fā)生變化。在風(fēng)電場(chǎng)中，上游風(fēng)力機(jī)的尾流區(qū)內(nèi)風(fēng)速降低，從而影響下游風(fēng)力機(jī)的能量獲取，降低輸出功率；同時(shí)尾流區(qū)湍流強(qiáng)度增大，影響機(jī)組的氣動(dòng)特性、增大機(jī)組疲勞荷載，縮短機(jī)組壽命，還可能引起電能的波動(dòng)，使電能質(zhì)量降低。

目前風(fēng)力機(jī)尾流的計(jì)算方法可以分為兩類(lèi)，分別是CFD數(shù)值模擬法和半經(jīng)驗(yàn)尾流模型法。通過(guò)CFD數(shù)值模擬法計(jì)算風(fēng)力機(jī)尾流，存在計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，難以滿足實(shí)際工程需要的問(wèn)題。而尾流模型由于具有理論性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，是風(fēng)資源分析軟件中最常用的方法。尾流模型的實(shí)質(zhì)是用數(shù)學(xué)關(guān)系描述風(fēng)力機(jī)尾流特性的一種方法，通過(guò)尾流模型計(jì)算出尾流區(qū)流場(chǎng)分布情況，獲得風(fēng)速、風(fēng)向和湍流等信息，最終目的是研究尾流區(qū)內(nèi)的其他風(fēng)力機(jī)受尾流影響的情況。目前，實(shí)際工程中計(jì)算尾流區(qū)速度場(chǎng)最常用Jensen模型是一種基于動(dòng)量理論提出的線性模型，假設(shè)風(fēng)速沿徑向?yàn)榫鶆蚍植紶顟B(tài)，且未能考慮風(fēng)速分布受湍流條件的影響，導(dǎo)致計(jì)算準(zhǔn)確度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)Jensen模型的風(fēng)力機(jī)尾流計(jì)算方法及系統(tǒng)，提高其尾流計(jì)算精度。

本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供一種基于改進(jìn)Jensen模型的風(fēng)力機(jī)尾流計(jì)算方法，包括：

輸入相關(guān)參數(shù)，根據(jù)尾流區(qū)風(fēng)速?gòu)较蚍植嫉挠嘞夷Ｐ停玫斤L(fēng)速u(mài)_x與軸線風(fēng)速u(mài)_axis的關(guān)系；其中，相關(guān)參數(shù)包括：第一空氣流的相關(guān)參數(shù)、第二空氣流的相關(guān)參數(shù)、第三空氣流的相關(guān)參數(shù)、風(fēng)力機(jī)相關(guān)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速u(mài)₀；其中，所述第一空氣流的相關(guān)參數(shù)包括：第一空氣流速度u₁、第一空氣壓強(qiáng)p₁，所述第二空氣流的相關(guān)參數(shù)包括：第二空氣壓強(qiáng)p₂，所述第三空氣流的相關(guān)參數(shù)包括：第三空氣流速度u_x、尾流區(qū)半徑r_x，所述風(fēng)力機(jī)相關(guān)參數(shù)包括：標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)輪半徑r₀；

根據(jù)尾流區(qū)半徑的冪模型，得到風(fēng)速軸向分布模型；

根據(jù)所述余弦模型及所述尾流區(qū)半徑的冪模型，得到改進(jìn)Jensen模型。

進(jìn)一步地，所述尾流區(qū)風(fēng)速?gòu)较蚍植嫉挠嘞夷Ｐ途唧w為：

其中，u_r為尾流截面內(nèi)偏離尾流中心距離r處的風(fēng)速大小，u_x為風(fēng)速，u₀為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速，r_x為尾流區(qū)半徑，r為尾流區(qū)橫截面內(nèi)某位置偏離尾流中心的距離，x為風(fēng)輪下游軸向位置，Π為圓周率。

進(jìn)一步地，所述軸線風(fēng)速u(mài)_axis通過(guò)以下公式得到：

其中，u_x為風(fēng)速，u₀為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速，Π為圓周率。