一種風工程尾流計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種計算方法，具體涉及一種風工程尾流計算方法，本發明屬于風力 發電領域。
【背景技術】
[0002] 隨著不可再生能源短缺問題日益尖銳，作為未來可持續開發且綠色無污染的風能 將成為新型能源領域的熱點之一。風電場選址是風場建設前期的重要工作，其對后期風場 建設和效益預測都有重要作用。在大型風場的微觀選址中，受到目前計算資源和能力限制， 采取全CFD方法模擬預測計算成本會很昂貴。在風能發電工程領域，一些精度可接受且形 式簡單的工程尾流模型具有很強的實用性。尾流效應會影響風場的功率產出和機械載荷， 因此一個好的尾流模型可以更好地預測疲勞載荷和風場布局性能。Jensen和Katic等人 提出了Park模型，這是個形式簡單的經驗模型，其尾流衰減常數k等于尾流的線性膨脹速 率。Park模型假設尾流區風速在徑向呈常數分布，這與真實情況不符合。經試驗測量在真 實的流場中，在徑向尾流風速呈多項式分布或高斯型分布。1988年Ainslie提出了渦粘性 模型（Eddy-viscositymodel),基于軸對稱坐標系下求解N-S方程，因此也被認為是一個 簡單的RANS模型，并假設尾流呈高斯型分布。Park模型和渦粘性模型，都低估了尾流區的 風速虧損。2009年Brower等人基于考慮地表阻力引起的內部邊界層方法提出了DAWM模 型（De印-ArrayWakeModel)，這也是基于求解RANS方程的CFD模型。2011年Ott等人 提出了Fuga模型，它是一個線性RANS模型，把風力機等效成制動盤來模擬尾流。2011年 Montavon等人]提出了WindModeller模型，采用k-e端流模型，制動盤模型模擬風力機， 被應用于商業軟件CFX。Xue等人提出了LES尾流模型，其對真實物體近壁面網格要求非常 高，LES可以很好對尾流進行數值模擬的同時也付出了很大的計算代價。可見，現有的尾流 計算方法不能完全避免精度低、形式復雜、編碼難、計算低效等技術問題，現有技術尚無法 解決這些問題。

【發明內容】

[0003] 為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種風工程尾流計算方法，從而 解決了現有技術不能完全避免尾流計算過程中精度低、形式復雜、編碼難、計算低效的技術 問題。
[0004] 為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：
[0005] 一種風工程尾流計算方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0006] 步驟一：計算尾流膨脹系數；
[0007] 步驟二：基于步驟一，計算Park模型下的尾流風速；
[0008] 步驟三：修正Park模型下的初始尾流半徑；
[0009] 步驟四：基于步驟二和步驟三，計算修正后的Park模型尾流風速；
[0010] 步驟五：基于步驟四，建立新的尾流模型，將新的尾流模型命名為Park-Gauss模 型；
[0011]步驟六：計算Park-Gauss模型下的尾流風速。
[0012] 前述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，在計算尾流膨脹系數過程中涉及 到地表粗糙度對尾流的影響。
[0013] 前述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，k=0. ，其中，k為尾流 膨脹系數，H為風力機輪轂高度，Ztl為地表粗糙度。
【主權項】
1. 一種風工程尾流計算方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一；計算尾流膨脹系數； 步驟二：基于步驟一，計算Park模型下的尾流風速； 步驟修正Park模型下的初始尾流半徑； 步驟四：基于步驟二和步驟=，計算修正后的Park模型尾流風速； 步驟五：基于步驟四，建立新的尾流模型，將新的尾流模型命名為Park-Gauss模型； 步驟六：計算Park-Gauss模型下的尾流風速。
2. 根據權利要求1所述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，在計算尾流膨脹系 數過程中設及到地表粗趟度對尾流的影響。
3.根據權利要求2所述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，k=0. 5^n(H/z。)， 其中，k為尾流膨脹系數，H為風力機輪穀高度，Z。為地表粗趟度。
4.根據權利要求3所述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，
其中，為距離輪盤X處的尾流風速，r。為初始尾流半徑，a為軸向 誘導因子。
5.根據權利要求4所述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，所述步驟=中，修正 Park模型下的初始尾流半徑如下
6.根據權利要求5所述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，所述步驟四中，修正 后的Park模型尾流風速的計算方式為；把步驟=中修正后的初始尾流半徑代入步驟二中， 得到修正后的尾流風速。
7.根據權利要求6所述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，所述Park-Gauss模 型為：
其中，U為Park-Gauss模型下的尾流風速，r為徑向上 距離風輪中屯、的距離，r,為風力機下游X位置處的尾流半徑。
8. 根據權利要求6所述的一種風工程尾流計算方法，其特征在于，把步驟四中修正后 的尾流風速代入步驟五中，得到Park-Gauss模型下的尾流風速。
【專利摘要】本發明公開了一種風工程尾流計算方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：計算尾流膨脹系數；步驟二：基于步驟一，計算Park模型下的尾流風速；步驟三：修正Park模型下的初始尾流半徑；步驟四：基于步驟二和步驟三，計算修正后的 Park模型尾流風速；步驟五：基于步驟四，建立新的尾流模型，將新的尾流模型命名為Park-Gauss模型；步驟六：計算Park-Gauss模型下的尾流風速。本發明修正后的初始尾流半徑明顯提高了尾流的預測精度；可以很好的模擬尾流區的風速，不僅在精度上與試驗結果接近一致而且在徑向分布上也更加符合真實流場，同時繼承了工程模型的形式簡單、容易編碼、計算高效等優點。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104794287
【申請號】CN201510195685
【發明人】楊祥生, 趙寧, 田琳琳
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月22日