新型风力机致动面模型研究 王胜军

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1、中国工程热物理学会流体机械学术会议论文编号：127104新型风力机致动面模型研究王胜军1,2，张明明1,3，王强1,2，徐建中1,3（1.中国科学院工程热物理研究所，北京100190；2.中国科学院研究生院，北京100049；3.中国科学院风能利用重点实验室，北京100190）摘要本文提出一种新型致动面模型用于研究风力机尾流特征。该模型利用沿流向无厚度平面表示真实叶片，而利用二维翼型气动数据根据BEM理论在表面施加压力，同时通过求解N-S方程计算转子流场。由于该模型同时利用翼型气动数据和流场结果，计算过程需要迭代，通过反复迭代得到转子气动特性和流场的收敛值。基于

2、经过三维延迟失速修正的二维翼型气动数据，利用新型致动面模型计算了NRELphaseVI风力机气动特性，并将计算结果与实验值相比较，验证该模型用于风力机尾流场计算的可能性。关键词致动面模型；动量叶素理论；计算流体动力学；气动特性；延迟失速修正中图分类号：TK83文献标示码：A文章编号：STUDYOFNEWACTUATORSURFACEMODELFORWINDTURBIENWANGSheng-Jun收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.51076153)；科技部国际科技合作项目（No.2010DFA62830）；中科院百人计划人才资助项目作者简介：王胜

3、军（1978-），男，河北衡水人，博士生，主要从事风电场优化布置及风力机尾流特性的研究。（联系人）,2ZHANGMing-Ming1,3WANGQiang1,2XUJian-Zhong1,3(1.InstituteofEngineeringThermophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China;2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.KeyLaboratoryofWindEnergyUtilization,Chi

4、neseAcademyofSciences,Beijing100190,China)AbstractAnewactuatorsurfacemodelwasproposedtostudythewakecharacteristicofwindturbines.TherealbladewassimplifiedbyplanesurfacewithzerothicknessandpressureonthesurfacewasdeterminedwithBEMtheorybasedon2Daerodynamicparametersofairfoils.Theflowfie

5、ldwasgotbysolvingN-Sequation.Iterationwasprocessedduetoaerodynamicdataandflowfieldandconvergentsolutionsweregotafteriteration.AerodynamicperformancesofNERLphaseVIwindturbinewerecalculatedwiththenewactuatorsurfacemodelwhichbasedon2Daerodynamicdatawith3Dstalldelaycorrectionandtheresult

6、swerecomparedwithexperimentalvalues.Thenthemodelwassuitedtothestudyofwakefieldofwindturbines.Keywordsactuatorsurfacemodel;BEM;CFD;aerodynamicperformance;stalldelaycorrection0引言随着风电场规模的不断扩大，风电场内风力机台数越来越多，风力机之间的相互作用越来越明显：流过风力机后风速降低、湍流度增加，导致后排风力机发电功率降低和疲劳载荷增大，风力机的安全运行和风电场的经济效益都受到严重影响[1]

7、。这种现象被称为尾流效应。如何准确描述风力机尾流特征成为合理布置风力机以提高风电场效率的关键问题。20世纪70年代开始，国内外学者通过风洞实验或数值模拟研究风力机尾流，风力机尾流特征加深了了解，并得到了Lissaman[2]、Park[3]及GH[4]等风力机尾流简化模型，这些模型描述了风力机尾流区的速度分布和轮廓形状，可以比较方便和迅速地计算尾流区内风力机的发电功率和载荷，广泛应用于风力机微观选址工程软件。但这些模型均忽略了尾流的三维特征，对尾流进行了大量简化假设，不能准确描述风力机流场，尤其是存在多个风力机时的流场。随着计算机硬件水平的提高及计算流体动力学(

8、CFD)的发展，国内外学