當(dāng)今,風(fēng)力發(fā)電以其節(jié)約能源、減少污染物排放等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)外迅速發(fā)展起來,風(fēng)力發(fā)電在帶來積極環(huán)境效益的同時,風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過程中對局地大氣邊界層結(jié)構(gòu)、局地氣候的影響已引起學(xué)界的高度關(guān)注。風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的核心設(shè)備,運(yùn)行時產(chǎn)生尾流,造成大氣的能量損失,所以研究風(fēng)力機(jī)運(yùn)行對大氣邊界層特性的影響機(jī)理對優(yōu)化風(fēng)能項(xiàng)目的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通過建立風(fēng)力機(jī)及周圍流場模型,采用非穩(wěn)態(tài)大渦模擬方法結(jié)合大氣湍流理論,引入U(xiǎn)DF函數(shù)對Fluent軟件進(jìn)行二次開發(fā),加載大氣邊界層風(fēng)速廓線和溫度分布函數(shù),研究風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時對區(qū)域大氣邊界層特性影響,做了如下工作:(1)分析探究風(fēng)力機(jī)運(yùn)行對大氣邊界層特性影響的機(jī)理,對風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時尾流的渦結(jié)構(gòu)及尾流流動特征進(jìn)行分析,并探究了尾流對大氣邊界層氣象因素的影響,結(jié)果表明:風(fēng)力機(jī)運(yùn)行會產(chǎn)生類似螺旋結(jié)構(gòu)的尾渦,尾渦結(jié)構(gòu)分為中心渦、葉尖渦以及附著渦三個部分,風(fēng)力機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生尾流是導(dǎo)致大氣邊界層特性改變的主要因素,尾流擾動減小了大氣邊界層內(nèi)的大氣能量,增加湍流動能,不但打破了大氣邊界層原本的分布結(jié)構(gòu)、特性及能量平衡,同時在近尾流區(qū)域內(nèi)速度虧損嚴(yán)重,湍流擾動劇烈,在近尾流風(fēng)速廓線和湍動能分布曲線上均存在四個風(fēng)速和湍流強(qiáng)度峰值,分別對應(yīng)葉尖的葉尖渦和葉輪的中心渦。(2)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在不同氣溫層結(jié)條件下對底層邊界層區(qū)域特性對比變化分析,風(fēng)速、湍動能、風(fēng)切變指數(shù)、動量通量、熱量通量在不同層結(jié)對比發(fā)現(xiàn):氣流在經(jīng)過風(fēng)力機(jī)后,變化趨勢大致類似,但不同層結(jié)所引起的變化數(shù)值略微不同,同時由于在不同層結(jié)下溫度的豎直分布不同導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)尾流對大氣邊界層內(nèi)溫度影響在不同溫度層結(jié)下變化對比較為明顯,且不同穩(wěn)定層結(jié)下近尾流區(qū)溫度較周圍大氣溫度變化范圍很小。(3)針對下墊面變化時風(fēng)力機(jī)尾流對大氣邊界層特性的影響進(jìn)行研究,通過速度、溫度、湍流度、風(fēng)切變、動量以及熱量通量的變化趨勢及分布特性來說明風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的影響,隨著地表粗糙度的增大地表和大氣之間的動量交換逐漸降低,而熱量交換逐漸增高,速度恢復(fù)率逐漸降低;湍動能隨著地表粗糙度的增大空間非均勻分布特性更加明顯;溫度沿垂直方向略微降低,且隨著地表粗糙度的增大影響程度加深。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

單個風(fēng)力機(jī)下游尾流流動結(jié)構(gòu)

風(fēng)力機(jī)葉片部分翼型截面曲線圖

葉片及風(fēng)輪實(shí)體模型圖

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本文編號：2832957