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风场与风力机尾流模型研究

作　者: 陈晓明
导　师: 李仁年
学　校: 兰州理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 风力机尾流效应遮挡面积高度变化风速
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 333次
引　用: 5次
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内容摘要

风力发电技术作为新能源技术的一种,近几年来在我国已经初步成熟。在分析国内外风电技术现状的基础上,通过对葛劳渥旋涡理论的介绍,应用直流电产生的磁场模拟流经叶片后产生的尾流的特性,得出漩涡的诱导速度与磁场强度的关系,求出相应的关系式。本文采用平均风速分量和湍流分量相叠加的风速模型。在这种模型中,平均风速可在一定的时间尺度内保持不变,风速的变化由湍流分量给出。风场内的大气流动平均速.度符合威布尔(Weibull)分布函数,而湍流分量通过对随机过程的基本理论的研究,应用修正的Von Karman函数来描述自然界风的分布,在比较几种现有风速模型的基础上采用了一种基于自回归理论的风速模型,用Yule-Walker方程确定出自回归模型的各自回归系数,用自回归模型表示,得到风速模型的表达式。通过对比实际风速变化和风速模型的仿真结果,验证了这种风速模型的正确性。研究常用的风力机风轮转矩输出数学计算模型,采用基于叶片微元受力分析的风力机风轮转矩计算模型进行建模仿真,确定出输出功率的变化。、在风电场中,由于尾流的影响,坐落在下风向的风电机组的风速将低于坐落在上风向的风电机组的风速。Jensen模型较好地模拟了平坦地形的尾流情况。而Lissaman提出的针对各台风机的位置高低变化建立的Lissaman模型,较好地近似模拟有损耗的非均匀风速场。由于机组间尾流效应的影响,根据在某一风向上游风力机对下游风力机的遮挡及遮挡面积的不同,模拟了下游风力机风速的变化。并对下游风力机受上游风力机的投影的遮挡面积、两个风电机组的距离与风轮半径的比值,及各台风机的位置高低不同等参数对下游风力机风速的影响进行了分析,进而确定出较理想情况下,下游风力机离上游风力机的距离和尾流效应对风机输出功率的影响,并进行了实例分析,证明了该模型的有效性。

全文目录

目录  5-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外风电开发现状  11-15
    1.2.1 国外开发现状  12-14
    1.2.2 国内开发现状  14-15
  1.3 国内外风场的研究现状  15-17
    1.3.1 国内研究现状  15-16
    1.3.2 国外研究现状  16-17
  1.4 风速和风力机尾流的基本理论模型和研究现状  17-18
    1.4.1 风速的基本理论模型  17
    1.4.2 风力机尾流的基本理论模型  17-18
    1.4.3 研究现状  18
  1.5 本文的研究内容  18-20
第2章风力机的基本理论及编程软件简介  20-29
  2.1 风力机的基本理论  20-23
    2.1.1 贝茨理论  20-21
    2.1.2 叶素理论  21-23
  2.2 葛劳渥旋涡理论  23-28
    2.2.1 风轮的旋涡系  23
    2.2.2 对应电路与诱导速度的确定  23-26
    2.2.3 轴向推力的计算  26
    2.2.4 当地功率系数  26-28
  2.3 MATLAB简介  28
  2.4 本章小结  28-29
第3章风场模型的设计与仿真  29-42
  3.1 自然界风速的变化规律  29-31
  3.2 基于自回归理论的风速建模  31-35
    3.2.1 随机过程的基本理论  31-33
    3.2.2 自回归模型  33-34
    3.2.3 基于谱密度分析的风速模型  34-35
  3.3 风速模型的修正  35-37
    3.3.1 风剪  36
    3.3.2 塔影  36-37
    3.3.3 上游风力机尾流的影响  37
  3.4 风速模型的仿真与结果分析  37-41
    3.4.1 Matlab仿真程序  37-39
    3.4.2 基于自回归理论的风速仿真波形  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章风力机翼型的研究与仿真  42-52
  4.1 风力机翼型的参数  42-43
  4.2 风力机翼型的空气动力学概念  43-46
    4.2.1 作用在风力机翼型上的空气动力  43-44
    4.2.2 影响翼型空气动力特性的主要因素  44-46
  4.3 风力机翼型的几何参数与气动特性之间的关系  46-47
    4.3.1 翼型几何参数与最大升力系数的关系  46-47
    4.3.2 翼型几何参数与阻力系数的关系  47
    4.3.3 翼型几何参数与力矩系数的关系  47
  4.4 风力机转矩建模方法  47-50
  4.5 风力机转矩和效率的仿真方法  50-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章风力机尾流模型的求解及参数分析  52-68
  5.1 风力机尾流JENSEN模型  52-55
  5.2 风力机尾流LISSAMAN模型  55-59
  5.3 上游风力机尾流遮挡的影响  59-61
  5.4 参数分析  61-64
    5.4.1 ν_2随β的变化规律  61
    5.4.2 ν_2随m的变化规律  61-62
    5.4.3 ν_2随h/(h+H)的变化规律  62-63
    5.4.4 m的确定  63-64
  5.5 尾流效应对风力机输出功率的影响  64
  5.6 算例分析  64-65
  5.7 本章小结  65-68
结论与展望  68-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  78

风场与风力机尾流模型研究

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