由于環(huán)境保護(hù)和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的需要,風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源的重要部分近年來得到了迅速發(fā)展。不過在大力發(fā)展風(fēng)電,關(guān)注風(fēng)力發(fā)電帶來積極影響的同時,風(fēng)電開發(fā)和運(yùn)行對氣候環(huán)境的潛在負(fù)面影響也不應(yīng)被忽略。風(fēng)力發(fā)電利用了近地大氣邊界層內(nèi)的風(fēng)能,造成大氣能量損失,而且風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)會對大氣流動產(chǎn)生擾動,這樣會打破原本的大氣平衡,改變自然界本身的大氣循環(huán)。所以針對風(fēng)力機(jī)運(yùn)行對局地大氣結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行深入分析具有重要意義。本文應(yīng)用數(shù)值模擬方法,建立單臺風(fēng)力機(jī)流場和多臺風(fēng)力機(jī)流場模型,結(jié)合湍流理論和大氣流動特征,對不同條件下風(fēng)力機(jī)運(yùn)行進(jìn)行研究,分析其對局地大氣邊界層內(nèi)空氣流動的影響。首先模擬了在不同氣溫層結(jié)條件下單臺風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時,流場內(nèi)速度、溫度、湍流度的變化特征。模擬結(jié)果顯示,在夜間穩(wěn)定層結(jié)條件下,近地表溫度低于高空溫度,上升氣流受到抑制,風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致近地表區(qū)域增溫和高空區(qū)域降溫現(xiàn)象的發(fā)生;而在白天不穩(wěn)定層結(jié)或者中性層結(jié)條件下,地表受到輻射加熱,地表溫度高于大氣溫度,對流強(qiáng)烈,風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)會使得近地表原本溫度較高的區(qū)域降溫,而高空區(qū)域溫度增高。這些現(xiàn)象說明風(fēng)力機(jī)運(yùn)行會對大氣溫度層結(jié)造成一定的擾動,改變原有的大氣結(jié)構(gòu)。然后對多臺風(fēng)力機(jī)流場進(jìn)行模擬,結(jié)果表明,無論順列還是是錯列布置,邊界層內(nèi)的速度、溫度和湍流度等參數(shù)與單臺風(fēng)力機(jī)運(yùn)行相比均發(fā)生劇烈變化,豎直方向上湍流度變化影響的高度更大,進(jìn)而受到影響的大氣邊界層范圍也在擴(kuò)大。最后對不同下墊面時的風(fēng)力機(jī)運(yùn)行進(jìn)行了模擬。隨著地表粗糙度的增大,風(fēng)力機(jī)下游的風(fēng)速逐漸降低,且速度恢復(fù)率也在逐漸減小。下墊面地表粗糙度不同對溫度的影響主要集中在風(fēng)力機(jī)輪轂高度以下區(qū)域,雖然溫度變化規(guī)律基本相似,但是隨著粗糙度增加,影響程度越來越劇烈。湍流度也會隨著地表粗糙度的增大而增加,導(dǎo)致湍流變得更加紊亂。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文葉素安裝角。驟將最初的標(biāo)準(zhǔn)二維翼型坐標(biāo)逐步轉(zhuǎn)化為最終實(shí)際各個截面翼型坐標(biāo)的 dat 文件導(dǎo)入 Gambit 中，通過截面翼型的曲線。隨后在確定各截面翼型曲線的空間制曲面功能生成葉片的三維幾何模型。最后將葉片經(jīng)，最終生成效果如下圖所示。

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文β 為葉素安裝角。述步驟將最初的標(biāo)準(zhǔn)二維翼型坐標(biāo)逐步轉(zhuǎn)化為最終實(shí)際三維，將各個截面翼型坐標(biāo)的 dat 文件導(dǎo)入 Gambit 中，通過擬合生成截面翼型的曲線。隨后在確定各截面翼型曲線的空間實(shí)際線繪制曲面功能生成葉片的三維幾何模型。最后將葉片經(jīng)過復(fù)模型，最終生成效果如下圖所示。圖 2-1 部分葉片翼型截面曲線圖

風(fēng)力機(jī)布置在流場入口后 3d 距離處。yxz3d20d500m5d圖 2-3 單臺 5MW 風(fēng)力機(jī)流場區(qū)域尺寸為保證網(wǎng)格質(zhì)量，需要分區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，因此將整個流場分為旋轉(zhuǎn)葉輪和外部靜止區(qū)域。對旋轉(zhuǎn)葉輪區(qū)域采用質(zhì)量較高的四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃力機(jī)葉片及輪轂附近采用尺寸函數(shù)進(jìn)行局部網(wǎng)格加密，流場其他部分區(qū)域采對稀疏的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。下圖為流場區(qū)域網(wǎng)格繪制圖。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2861306