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沿海复杂地形条件下风场模拟研究

作　者: 姜传忠
导　师: 刘红军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 土木工程
关键词: 数值模拟风电场复杂地形地面粗糙度
分类号: TK81
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国70%的陆地是山区,随着我国风力发电事业的发展,必将会建立更多的山区复杂地形条件下的风力发电场。在山区由于局地环流的影响使得流经山区的气流改变方向,所以,在山区即使是相邻的两地,风速、风向以及风压也往往会有很大的差别。因此研究山区复杂地形对风场的影响具有十分重要的理论价值和社会意义。本文基于CFD数值模拟技术,对复杂山地周围的流场进行了研究。本文第一部分首先以二维典型孤立山体模型为研究对象,研究了山体坡度、山体高度以及地面粗糙度对山体周围风场的影响;本文第二部分研究了二维连续山体中不同施扰山体坡度、施扰山体高度、施扰山体和受扰山体之间的间距以及施扰山体个数对受扰山体周围风场带来的影响。本文第三部分首先以三维典型孤立山体为研究对象,研究了山体坡度对风场的影响,并与二维山体的模拟结果进行对比;然后研究了顺风向连续山体和横风向的两个连续山体构成的山隘对风场的影响;继而研究了一个由多个山体组成的复杂地形对风场的影响;最后以广东省南澳岛的东部主岛为研究对象,模拟了该处实际地形条件下不同来流方向时该地形周围风场,并通过对模拟结果分析对该地形进行初步的选址。基于对二维典型山地研究和三维典型山地对风场的研究,在盛行风向确定且平地风速达到风力机额定风速的情况下,对山体附近风场选址提出几点方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题研究背景和意义  8-9
  1.2 复杂地形条件下风场的研究现状及发展趋势  9-12
    1.2.1 现场实测  9-10
    1.2.2 风洞试验  10-11
    1.2.3 CFD 数值模拟  11-12
  1.3 本文的主要内容  12-14
第2章二维孤立山体的研究  14-38
  2.1 引言  14
  2.2 计算模型的建立  14-21
    2.2.1 风湍流特性与入口风速的确定  14-17
    2.2.2 山体模型的选取  17-18
    2.2.3 计算域的选取以及网格划分  18-20
    2.2.4 边界条件及求解参数的确定  20-21
  2.3 坡度对风场的影响  21-29
    2.3.1 缓坡对风场的影响  22-23
    2.3.2 陡坡对风场的影响  23-25
    2.3.3 山体坡度对风场的影响  25-29
  2.4 山体高度对风场的影响  29-31
  2.5 地面粗糙长度对风场的影响  31-37
    2.5.1 地面粗糙长度对缓坡的影响  31-32
    2.5.2 地面粗糙长度对陡坡的影响  32-33
    2.5.3 不同粗糙元对缓坡的影响  33-35
    2.5.4 不同粗糙元对陡坡的影响  35-37
  2.6 本章小结  37-38
第3章二维连续山体的研究  38-49
  3.1 引言  38-39
  3.2 施扰山体坡度的影响  39-41
  3.3 施扰山体高度的影响  41-43
  3.4 连续山体间距的影响  43-45
  3.5 连续山体个数的影响  45-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章三维山体的研究  49-71
  4.1 引言  49
  4.2 三维孤立山体对风场的影响  49-54
    4.2.1 模型的建立  49-50
    4.2.2 边界条件及求解参数设置  50
    4.2.3 三维缓坡对风场的影响  50-52
    4.2.4 三维陡坡对风场的影响  52-54
  4.3 三维连续山体对风场的影响  54-58
    4.3.1 顺风向连续山体对风场的影响  55-57
    4.3.2 山隘对风场的影响  57-58
  4.4 复杂地形对风场的影响  58-61
  4.5 实际地形条件下风场模拟  61-69
    4.5.1 地形建模  61-63
    4.5.2 模拟结果分析  63-69
  4.6 山体附近风电场选址建议  69
  4.7 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-78
致谢  78

沿海复杂地形条件下风场模拟研究

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