The present invention discloses an analytical modeling method for far-field wake of wind turbines based on simplified momentum theorem. The analytical modeling method for far-field wake of wind turbines includes the following steps: step one: simplifying one-dimensional momentum theorem, using U infinity instead of Uw, and defining the expression of thrust acting on wind turbines; step two: false; Assuming that the velocity loss in the wake region is self-similar and conforms to Gaussian distribution along the radial direction, the maximum velocity loss at the downstream distance x is calculated according to the simplified one-dimensional momentum theorem. Step 4: According to the maximum velocity loss at the downstream distance X of step 2 and the wake boundary of step 3, the velocity loss at any position in the far-field wake region is calculated, and then the wind speed distribution calculation model in the far-field wake region of the wind turbine is obtained.
【技术实现步骤摘要】
一种基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法
本专利技术涉及风电机组尾流计算
,特别是涉及基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法。
技术介绍
解析尾流模型发展于上世纪八十年代,由于具有理论性强、结构简单、计算时间短、计算精度高等优点,成为研究风电机组尾流的重要数学方法。为了快速预测风电机组后方的尾流损失和速度分布,人们已经进行了大量研究并提出了很多经典解析尾流模型,如Jensen模型、Frandsen模型、Ishihara模型、BP模型等。其中,Frandsen模型[1]和BP模型[2]均由动量定理推导所得,且Frandsen还应用了近似动量定理来进行修正,但这些方法都有一定的缺陷。例如,Frandsen模型没有考虑速度剖面的影响,即认为尾流区速度损失符合顶帽分布,这一假设和实际流动相差较大,因此普遍高估了尾流区风速;BP模型虽然假设尾流区速度损失符合自相似的高斯分布,但是由于尾流膨胀系数的定义较为随意,因此模型参数难以确定,计算较为复杂,不利于进一步应用。考虑到实际风电场中风电机组的排布规律,人们更加关注远场尾流的速度分布特点,因此希望有一种风电机组远场尾流解析建模方法来解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法,基于风电机组远场尾流的特点对一维动量定理进行简化,得到近似动量定理,在此基础上考虑自相似的高斯速度损失剖面,定义尾流边界并假设尾流线性膨胀,从而准确计算单台风电机组的远场尾流。本专利技术提供一种基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法,所述风电机组远 ...
【技术保护点】
1.一种基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法,其特征在于,所述风电机组远场尾流解析建模方法包括以下步骤:步骤一:简化一维动量定理,使用U∞代替Uw,并定义作用在风电机组上的推力的表达式;步骤二:假设尾流区的速度损失具有自相似性,且沿径向符合高斯分布,根据简化一维动量定理计算出下游距离x处的最大速度损失;步骤三:根据尾流速度剖面的自相似特性,定义尾流边界,假设尾流线性膨胀并给出线性关系表达式;步骤四:根据步骤二的下游距离x处的最大速度损失和步骤三中的尾流边界,计算出远场尾流区内任意位置处的速度损失,进而得到风电机组远场尾流区风速分布的计算模型。
【技术特征摘要】
1.一种基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法,其特征在于,所述风电机组远场尾流解析建模方法包括以下步骤:步骤一:简化一维动量定理,使用U∞代替Uw,并定义作用在风电机组上的推力的表达式;步骤二:假设尾流区的速度损失具有自相似性,且沿径向符合高斯分布,根据简化一维动量定理计算出下游距离x处的最大速度损失;步骤三:根据尾流速度剖面的自相似特性,定义尾流边界,假设尾流线性膨胀并给出线性关系表达式;步骤四:根据步骤二的下游距离x处的最大速度损失和步骤三中的尾流边界,计算出远场尾流区内任意位置处的速度损失,进而得到风电机组远场尾流区风速分布的计算模型。2.根据权利要求1所述的基于简化动量定理的风电机组远场尾流解析建模方法,其特征在于:所述步骤一包括以下内容:①在风电机组远场尾流区,风速恢复到来流水平,速度损失小,忽略不计,由此对一维动量定理进行简化,用U∞代替Uw,得到近似动量定理,即公式(1)其中,U∞为无穷远处的来流风速;Uw为尾流区风速;ρ为空气密度;②作用在风电机组上的推力T可以表示为公式(2):其中,CT为推力系数;A0为风轮扫掠面积;d0为风轮直径;公式(1)和(2)只适用于风电机组后方气压恢复到自由流气压水平的远场尾流区域。3.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员:葛铭纬,武英,刘永前,李莉,
申请(专利权)人:华北电力大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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