[发明专利]一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法

权利要求书

1.一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，其特征在于，包括如下步骤：

将风轮叶片简化为致动线模型；

获取叶素点中的速度信息；

通过叶素理论计算叶素点处轴向力和切向力；

计算叶素点上的体积力；

通过叶尖叶根损失修正模型进行修正；

采用三维延迟失速模型对二维翼型升力系数进行修正；

计算塔筒与机舱阻力；

计算模拟流场。

2.根据权利要求1所述的一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，其特征在于，所述将风轮叶片简化为致动线模型的具体步骤包括：

将旋转的风轮叶片简化成一条假想的线段，并将其分成若干段叶素；

通过公式确定叶片旋转过程中各叶素点的三维坐标，所述公式为：

x_i＝x_wt+rcosφ

y_i＝y_wt+rcosφ

z_i＝z_wt+rsinφ

其中，x_i、y_i、z_i为叶素点i的三维坐标；r为展长；φ为叶片的旋转角度；x_wt、y_wt、z_wt为风力机轮毂中心的三维坐标。

3.根据权利要求2所述的一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，其特征在于，所述获取叶素点中的速度信息的具体方法如下：

在CFD流场中，寻找离叶素点最近的网格型心，然后将该网格型心存储的速度信息赋给叶素点；

若满足则u_i＝u_cell+gradu*dS，式中x_{i_cell}为网格型心坐标；DX_i为网格尺寸；u_i为叶素点处的速度；u_cell是距离该叶素点最近的网格型心速度；gradu为流场速度梯度；dS为该叶素点到最近网格型心的距离。

4.根据权利要求3所述的一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，其特征在于，所述通过叶素理论计算轴向力和切向力的方法包括：

将赋值的叶素点处速度带入公式得到轴向力T和切向力F_N，所述公式为

其中，总速度轴向速度切向速度为

式中，ρ是空气密度，是轴向法向量，c是翼型的弦长，入流角C_l是升力系数，C_d是阻力系数，迎角β为所在叶素的扭角，dr为叶素展长，是叶素点处的速度，是角速度，是矢量半径。

5.根据权利要求4所述的一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，其特征在于，所述计算叶素点上的体积力的步骤包括：

f_x＝-T

式中，f_x/f_y/f_z分别代表叶素点在xyz方向的体积力；γ是风力机顺时针偏航的角度；δ是叶片的旋转角度；B是叶片数；i是所在叶素点的编号；

采用三维高斯分布函数进行体积力光顺，流场中某一网格型心点受到的体积力f_M为：

式中，d为型心点和叶素之间的距离；ε是光顺参数。

6.根据权利要求4所述的一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，其特征在于，所述通过叶尖叶根损失修正模型进行修正的过程如下：

带入公式，求得叶尖修正系数F₁和叶根修正系数F_hub，所述公式为：

式中，g＝exp(-0.125(Bλ-21))+0.1；λ是叶尖速比；R为叶片半径；R_hub为风力机转子叶根处半径；r是叶素展长；B是叶片数；为入流角。