海上漂浮式风机尾流模拟方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了一种海上漂浮式风机尾流模拟方法和装置

【技术实现步骤摘要】
海上漂浮式风机尾流模拟方法和装置


[0001]本申请涉及风力发电
，尤其涉及海上漂浮式风机尾流模拟方法和装置
。

技术介绍

[0002]海上风电场相比于陆地风电场而言，其风能资源能量效益更高，具备平均空气密度较高
、
风向集中
、
湍流强度小和风切变小等特点
。
然而，在风电场中，风经过风机之后会产生尾流区，也就是一个风速衰减区，并会带来尾流效应，这将显著降低处于风电机组下游的风机的发电功率
。
因此，开展风机尾流的研究对提高风电机组发电功率有着十分重要意义
。
[0003]随着计算机技术的发展和提高，计算流体动力学
(CFD
，
Computational Fluid Dynamics)
的方法广泛用于风机尾流的数值模拟，国内外许多研究也大多基于此展开
。
当前对于海上漂浮式风机尾流的数值模拟研究主要基于直接建模法展开
。
专利
CN103745032
公开了一种风场湍流计算方法及风电场微观选址方法
、
装置
。
该方法根据风场区域内拟选定的风机点位设置风机实体模型，建立与风机实体模型叶片旋转区域对应的旋流区，再利用计算流体动力学软件计算风机实体模型叶片在旋流区旋转状态下风场区域内各点的湍流强度
。
专利
CN104331621
公开了一种风资源计算方法，通过对原始地形数据进行处理并生成三维立体的计算域网格，然后对原始测风数据进行分析并基于全高度大气层边界建立
CFD
计算所需模型，再使用
CFD
求解器计算得到各个风向条件下的风速和湍流分布
。
但是，这种对风机进行全尺寸建模的方法仍具有一定局限性
。
首先，该方法对叶片贴体网格的要求非常高，且网格划分难度增大会造成计算收敛性难以保证的问题
。
此外，如果需要同时对多台风机展开模拟计算，网格数量的剧增会导致计算效率显著降低，这也使得求解瞬态的大涡模拟
(LES
，
Large eddy simulation)
难以应用
。
所以，现有技术中的直接建模方法无法有效地实现多台海上漂浮式风机尾流的仿真模拟
。

技术实现思路

[0004]本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一
。
[0005]为此，本专利技术的第一个目的在于提海上漂浮式风机尾流模拟方法，能够简捷且高效地模拟计算多台风机的尾流场，并应用
LES
模拟计算尾流的瞬态空间分布，同时使得计算结果满足工程运用的精度要求
。
[0006]本申请的第二个目的在于提出海上漂浮式风机尾流模拟装置
。
[0007]为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了海上漂浮式风机尾流模拟方法，包括：
[0008]获取风机的基本数据以及风机的来流风况；
[0009]根据基本数据和来流风况确定风机的体积力源项；
[0010]利用体积力源项对海上漂浮式风机尾流场模型进行修正；
[0011]基于修正后的海上漂浮式风机尾流场模型对风机尾流进行模拟
。
[0012]可选的，根据基本数据和来流风况确定风机的体积力源项，包括：
[0013]基本数据包括风机致动盘截面积
A
d
、
风机致动盘厚度
Δ
x、
空气密度
ρ
、
风机推力系数
C
T
，来流风况包括来流风速
U0；
[0014]利用公式一确定风机的体积力源项，公式一：利用公式一确定风机的体积力源项，公式一：
[0015]可选的，该方法还包括：
[0016]获取风机轮毂中心当地风速和风机轮毂中心运动产生的相对风速；
[0017]利用公式二确定来流风速
U0，公式二：其中，
U
为风机轮毂中心当地风速，
df(t)/dt
为风机轮毂中心运动产生的相对风速
。
[0018]可选的，利用体积力源项对海上漂浮式风机尾流场模型进行修正，包括：
[0019]基于公式三确定修正后的海上漂浮式风机尾流场模型，公式三：其中，
ρ
为空气密度，
u
i
、u
j
分别为在
x
i
、x
j
方向上单位时间流过的体积，
t
为时间，
p
为压力，
μ
为流体粘性系数，
f
i
为体积力源项，和为滤波后的速度，为滤波后的压强，
τ
ij
为亚格子应力
。
[0020]可选的，基于修正后的海上漂浮式风机尾流场模型对风机尾流进行模拟，包括：
[0021]确定当前时间步风机致动盘所包含的计算域中的网格单元；
[0022]利用修正后的海上漂浮式风机尾流场模型将对应的数据添加至网格单元中，以模拟风机叶片对来流风的阻碍作用
。
[0023]本申请实施例的海上漂浮式风机尾流模拟方法，在获取风机的基本数据以及风机的来流风况后，根据基本数据和来流风况确定风机的体积力源项，并利用体积力源项对海上漂浮式风机尾流场模型进行修正，再基于修正后的海上漂浮式风机尾流场模型对风机尾流进行模拟
。
该方法考虑到海上漂浮式风机尾流模拟的场景需求，无需对风机进行直接建模和网格划分，便能够简捷且高效地模拟计算多台风机的尾流场，并应用
LES
模拟计算得出尾流的瞬态空间分布，同时使得计算结果能够满足工程运用的精度要求
。
此外，本模型将风机实测位移时程数据作为输入参数，在计算漂浮式风机尾流的同时，考虑到了风机实际产生的纵摇运动，实现了风机尾流模拟与数值模拟计算的耦合，在很大程度上提高了尾流模拟精度
。
[0024]为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出了海上漂浮式风机尾流模拟装置，包括：
[0025]获取模块，用于获取风机的基本数据以及风机的来流风况；
[0026]确定模块，用于根据基本数据和来流风况确定风机的体积力源项；
[0027]修正模块，用于利用体积力源项对海上漂浮式风机尾流场模型进行修正；
[0028]模拟模块，用于基于修正后的海上漂浮式风机尾流场模型对风机尾流进行模拟
。
[0029]可选的，确定模块，用于：
[0030]基本数据包括风机致动盘截面积
A
d
、
风机致动盘厚度
Δ
x、
空气密度
ρ
、
风机推力系数
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种海上漂浮式风机尾流模拟方法，其特征在于，包括：获取风机的基本数据以及风机的来流风况；根据所述基本数据和所述来流风况确定所述风机的体积力源项；利用所述体积力源项对海上漂浮式风机尾流场模型进行修正；基于修正后的海上漂浮式风机尾流场模型对所述风机尾流进行模拟
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述基本数据和所述来流风况确定所述风机的体积力源项，包括：所述基本数据包括风机致动盘截面积
A
d
、
风机致动盘厚度
Δ
x、
空气密度
ρ
、
风机推力系数
C
T
，所述来流风况包括来流风速
U0；利用公式一确定所述风机的体积力源项，公式一：利用公式一确定所述风机的体积力源项，公式一：
3.
如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：获取风机轮毂中心当地风速和风机轮毂中心运动产生的相对风速；利用公式二确定所述来流风速
U0，公式二：其中，
U
为风机轮毂中心当地风速，
df(t)/dt
为风机轮毂中心运动产生的相对风速
。4.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述体积力源项对海上漂浮式风机尾流场模型进行修正，包括：基于公式三确定修正后的海上漂浮式风机尾流场模型，公式三：其中，
ρ
为空气密度，
u
i
、u
j
分别为在
x
i
、x
j
方向上单位时间流过的体积，
t
为时间，
p
为压力，
μ
为流体粘性系数，
f
i
为体积力源项，和为滤波后的速度，为滤波后的压强，
τ
ij
为亚格子应力
。5.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于修正后的海上漂浮式风机尾流场模型对所述风机尾流进行模拟，包括：确定当前时间步风机致动盘所包含的计算域中的网格单元；利用所述修正后的海上漂浮式风机尾流场模型将对应的数据添加至所述网格单元中，以模拟风机叶片对来流风的阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：马驰，刘震卿，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：