风力机尾流计算方法

摘要

本发明公开了风力机尾流计算方法，属于风力发电的技术领域。计算方法，利用制动盘模拟风力机，建立包含制动盘动量源项、机舱附加轴向动量源项、湍流动能源项、湍流动能耗散率源项的尾流求解模型，设置中性大气边界层条件和CFD求解参数；按中性大气边界层确定常数的取值，迭代求解过程确定尾流区风速、湍流度的分布值。本发明考虑到制动盘动量源项、机舱附加轴向动量源项、湍流动能源项、湍流动能耗散率源项对风力机尾流计算的影响，修正时均雷诺N-S方程以及方程后组成风力机尾流求解模型，在远尾流区域内自适应源项模型、固定源项模型的径向分布相同，改进型模型则进一步改进了近尾流区域的径向分布，提高了模型的计算精度。

主权项

风力机尾流计算方法，其特征在于：步骤1，利用制动盘模拟风力机，建立包含制动盘动量源项S_u、机舱附加轴向动量源项S_d、湍流动能源项S_k、湍流动能耗散率源项S_ε的尾流求解模型：$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\partial u}_j}{\partial x_j}=0\\ \frac{\partial }{{\partial x}_j}\left({\mathrm{\rho u}}_i{u}_j\right)=-\frac{\partial p}{\partial x_i}+\frac{\partial }{{\partial x}_j}(2\mu S_{\mathrm{ij}}-\rho \overline{u_i^{\prime }{u}_j^{\prime }})+S_u+S_d\\ \frac{\partial }{{\partial x}_i}\left(\rho {\mathrm{ku}}_i\right)=\frac{\partial }{{\partial x}_j}\left[(\mu +\frac{{\mu }_t}{{\sigma }_k})\frac{\partial k}{{\partial x}_j}\right]+P_k-\mathrm{\rho ϵ}+S_k\\ \frac{\partial }{\partial x_i}\left(\mathrm{\rho ϵ}{u}_i\right)=\frac{\partial }{\partial x_j}\left[(\mu +\frac{{\mu }_t}{{\sigma }_{ϵ}})\frac{\partial ϵ}{{\partial x}_j}\right]+C_{1ϵ}\frac{ϵ}{k}{P}_k-C_{2ϵ}\rho \frac{{ϵ}^2}{k}+S_{ϵ}\\ S_u=\frac{1}{2}\rho C_x{u}^2\\ S_{ϵ}=C_{4ϵ}\frac{P_k^2}{\mathrm{\rho k}}\end{array}\right.,$其中，ρ为流体密度，u_i、u_j为平均速度在各坐标轴的分量，p为压强，S_ij为平均应变张量，u′_i、u′_j为速度在各坐标轴的波动分量，μ为流体粘性系数，μ_t为湍流粘度系数，k为湍流动能，P_k为湍流动量生成率，ε为湍流耗散率，C_1ε、C_2ε、C_μ、C_x、C_4ε、σ_k、σ_ε为常数；步骤2，设置中性大气边界层条件：速度入口u、湍流动能k、湍流动能耗散率ε、地面粗糙长度K_S，步骤3，设置CFD求解参数；步骤4，按中性大气边界层确定常数C_1ε,C_2ε,C_μ,σ_k,σ_ε的取值，开始迭代求解过程确定尾流区风速、湍流度的分布值。