[发明专利]一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法

说明书

本发明公开了一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，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；致动线区域添加体积力；计算模拟流场。本发明提出了一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，建立的全尺寸风力机致动线模型可使得致动线模型的气动特性和尾流速度方面能够更好的吻合实验测试数据，在实际的工程中有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，属于制动模型计算风力机尾流技术领域。

背景技术

风能是一种重要的可再生能源，我国陆地70m高度层年平均风功率密度达到300W/m²以上的风能资源技术可开发量为2.6TW，开发利用价值巨大。在大型风电场，必然有风力机处于上游风力机的尾迹中，从而降低来流风速，增加尾流所附加的风剪切和强湍流。近年来，采用CFD模拟尾流效应成为研究热点。

现有技术中，采用致动线模型对风力机的尾流开展数值模拟取得了较好的预测精度，但由于均没有考虑叶尖叶根损失、三维翼型延迟失速以及机舱和塔架的影响，在中心涡和叶尖涡的生成预测中还存在误差的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，建立了全尺寸风力机致动线模型，运用改进制动线模型对风力机的尾流场进行数值模拟计算，实验数据和未修正模型在风力机功率系数、推力系数、尾流速度方面的对比，验证了修正后的风力机致动线模型的准确性。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方法，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。

进一步地，前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。

进一步地，前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；