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基于OpenFOAM的风力机致动线模型研究

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工程热物理学报 2016年第1期37卷 72-75页

作者：卞凤娇徐宇王强宋娟娟徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

致动模型是一种较新的CFD计算模型,通过在N-S方程添加源项的形式模拟叶片对流场的作用,减少了网格数量和计算时间。在OpenFoam平台上对比了两种风力机尾流预测模型,包括PISO求解的致动线模型和多重参考稳态求解的CFD实体模型。进而数值... 详细信息

致动模型是一种较新的CFD计算模型,通过在N-S方程添加源项的形式模拟叶片对流场的作用,减少了网格数量和计算时间。在OpenFoam平台上对比了两种风力机尾流预测模型,包括PISO求解的致动线模型和多重参考稳态求解的CFD实体模型。进而数值研究了NREL 5 MW风力机在均匀来流中的近尾流区流场特性,结合大涡模型和致动线模型,通过对不同风速下尾流的流场特性分析,包括涡结构、尾流速度亏损、拟涡能等,验证了致动线模型的准确性,为近场尾流研究提供有利参考。

关键词：致动线尾流速度亏损拟涡能

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基于致动线方法的风力机组风场布置优化

动力工程学报 2017年第5期37卷 418-424页

作者：王渊博李春缪维跑上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

基于致动线方法,利用OpenFOAM对5种不同间距串列布置的具有3台5 MW风力机的风场进行了模拟.通过调整风力机组间的位置,对比不同风场布置时的总输出功率,并结合轮毂高度处流场分布及尾迹速度轮廓线,分析尾迹对风场下游风力机的影响.结果... 详细信息

基于致动线方法,利用OpenFOAM对5种不同间距串列布置的具有3台5 MW风力机的风场进行了模拟.通过调整风力机组间的位置,对比不同风场布置时的总输出功率,并结合轮毂高度处流场分布及尾迹速度轮廓线,分析尾迹对风场下游风力机的影响.结果表明:串列布置时,处于尾迹中的风力机功率下降可达82.72%;改变风场中风力机组相对位置可使风场布置得到优化,虽个别风力机性能有所下降,但风场总输出功率最大可提高11.8%.

关键词：风场布置总输出功率致动线风力机 OpenFOAM

基于致动线模型的风电机组CFD仿真研究及验证

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船舶工程 2020年第S2期42卷 196-200页

作者：胡号朋张凯莫蕊瑜王东霞吴光平中国船舶重工集团海装风电股份有限公司重庆400112

文章采用计算流体力学(CFD)仿真方法,利用优化后的致动线(ALM)风电机组模型替代传统的实际叶片几何复杂模型,使用LES大涡湍流模型,对大型海上风电机组进行了不同风速下的基于CFD的风电机组性能仿真及验证。计算得到的推力、功率等参数与... 详细信息

文章采用计算流体力学(CFD)仿真方法,利用优化后的致动线(ALM)风电机组模型替代传统的实际叶片几何复杂模型,使用LES大涡湍流模型,对大型海上风电机组进行了不同风速下的基于CFD的风电机组性能仿真及验证。计算得到的推力、功率等参数与GH Bladed的计算结果进行对比,最大偏差不超过8%。文章验证了致动线模型在风电机组性能仿真的准确性,致动线模型大大减少了CFD仿真的资源需求,为后续大型海上风电场流场计算提供了一种新手段。

关键词：数值模拟致动线推力

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基于致动线模型的风力机尾流场数值研究

水电能源科学 2017年第3期35卷 177-181页

作者：周洋许昌韩星星邓力河海大学能源与电气学院江苏南京211100 中国电建集团中南勘测设计研究院湖南长沙410014

针对致动盘模型存在的不足,使用非定常计算,提出了致动线方法,在致动盘模型的基础上改进了体积力的分布方式,利用体积力代替风力机叶片,结合不可压缩N-S方程,采用均匀分布和高斯分布两种不同体积分布方式,在FLUENT中对Nibe A型风机尾流... 详细信息

针对致动盘模型存在的不足,使用非定常计算,提出了致动线方法,在致动盘模型的基础上改进了体积力的分布方式,利用体积力代替风力机叶片,结合不可压缩N-S方程,采用均匀分布和高斯分布两种不同体积分布方式,在FLUENT中对Nibe A型风机尾流进行模拟计算,研究了尾流区域的速度变化与湍流强度等,并将计算结果与试验数据进行比较。结果表明,体积力的分布方式对致动线方法的计算结果有一定影响,尤其是远尾流区域差异明显,高斯分布下的模拟结果更加接近试验数据,优于均匀分布;致动线方法用于风力机尾流场的计算基本能满足工程需要,但在远尾流场的模拟计算上精度还不够,需结合实际对模型作进一步改进。

关键词：致动线体积力均匀分布高斯分布尾流

基于致动线模型的风沙环境下多机组尾流干涉研究

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基于致动线模型的风沙环境下多机组尾流干涉研究

作者：沙漫地华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

由于在风资源丰富的三北地区的风场经常受风沙环境影响,且在大型风电场中各个风力机之间存在的尾流效应又会相互影响,所以本文通过数值模拟的方法探究风沙环境下风电场中尾流相互干扰的流场特性以及尾流对风沙输运的作用规律。以往风沙... 详细信息

由于在风资源丰富的三北地区的风场经常受风沙环境影响,且在大型风电场中各个风力机之间存在的尾流效应又会相互影响,所以本文通过数值模拟的方法探究风沙环境下风电场中尾流相互干扰的流场特性以及尾流对风沙输运的作用规律。以往风沙环境风力机流场的模拟多基于实体建模,受网格限制无法进行多台机组的流场计算,本文以SG6050翼型的风力机缩比模型作为研究对象,基于OpenFOAM通过添加源项的方式耦合致动线模型（ALM）和多相流模型（MP-PIC）自定义求解器进行CFD模拟计算研究,分析不同颗粒浓度的风沙来流和不同的排布方式下的风力机尾流特性以及尾流对颗粒输运的影响。首先与实验对比进而验证该模型方法的可行性,针对单台风力机设置不同颗粒质量浓度的来流条件,对比分析不同体积分数的风沙来流对于风力机尾流场速度亏损和尾流恢复特性,对于低浓度的风沙来流,在风轮后5D距离范围内的近尾流区域对尾流速度亏损所起的恢复作用较弱,而在风轮后5D距离以外的远尾流区域,随着颗粒浓度的增加,尾流速度恢复变快。通过量纲分析解释颗粒与湍流的相互作用,颗粒浓度的提升对增强风力机尾流的湍流强度呈正相关。其次,低浓度时,颗粒运动主要受尾流结构主导,随尾流的螺旋结构呈周期性分布,随着颗粒浓度的增加,尾流结构遭到破坏,颗粒倾向于在低速区域堆积。随后展开对于不同间距下正对串列和错列两种布置方式的多机组尾流场进行模拟。对于不同间距的风力机排布方式,间距越小,下游风力机的功率下降越多且尾流膨胀特性更明显。由于颗粒的存在会从流场中吸收动能并增强尾流与自由流的掺混从而加快尾流的重建,随着颗粒浓度的增加,下游风机同时受到上游风力机尾流和颗粒的影响,下游风力机尾流的湍流强度更高,尾流恢复更快。与此同时,以Q准则作为涡量衡量标准,下游风力机尾流所产生的涡结构尺度更大,在横向错列排布1D距离下影响更明显,此时颗粒同时在低速区域和涡强较大的区域内堆积。

关键词：多相流致动线 OpenFOAM 尾流干涉

同方学位论文库评论

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基于改进致动线方法的风力机尾流计算

基于改进致动线方法的风力机尾流计算

基于致动线模型对潮流能水轮机的尾迹特性研究

第十一届全国流体力学学术会议

作者：郜志腾王同光李晔南京航空航天大学航空学院空气动力学系上海交通大学船舶与海洋工程学院船舶与海洋工程系

为提高大气湍流条件下风力机尾流的计算精度,对传统致动线方法在3个方面进行了改进:采用带壁面剪切应力模型和浮力效应模型的动态k方程大涡模拟方法生成大气边界层,对机舱和塔架效应进行建模,并基于各向异性的Gaussian体积力分布模型对... 详细信息

为提高大气湍流条件下风力机尾流的计算精度,对传统致动线方法在3个方面进行了改进:采用带壁面剪切应力模型和浮力效应模型的动态k方程大涡模拟方法生成大气边界层,对机舱和塔架效应进行建模,并基于各向异性的Gaussian体积力分布模型对致动线方法进行修正;并通过与NTNU、CARDC、VKI三套风洞实验结果进行对比,从风力机功率特性、尾流速度场分布、叶尖涡的生成、海陆典型风况下风力机尾流场分布等方面验证了改进致动线方法的准确性。之后对布置在甘肃景泰外场的全尺寸风力机进行了研究,主要结论是,所建立的改进致动线方法能够更为准确地模拟典型海陆大气边界层中风力机的尾流速度场分布和叶尖涡的演化过程,相关结果可以为风电场尾流研究和微观选址提供帮助。

关键词：致动线大涡模拟尾流叶尖涡风力机

来源： cnki会议评论

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基于致动线模型对潮流能水轮机的尾迹特性研究

基于致动线方法的串列浮式风机组气动性能研究

第三十三届全国水动力学研讨会

作者：赵梦晌吴晓笛万德成中山大学海洋工程与技术学院上海交通大学船海计算水动力学研究中心(CMHL)船舶海洋与建筑工程学院

为探究不同转速对潮流能水轮机水动力特性的影响,合理布置多机组阵列间距,本研究基于致动线模型,采用直角网格取代贴体网格对不同转速下的潮流能水轮机进行非定常模拟,采用大涡模拟以提高尾流场模拟精度。通过模型试验验证致动线模型的... 详细信息

为探究不同转速对潮流能水轮机水动力特性的影响,合理布置多机组阵列间距,本研究基于致动线模型,采用直角网格取代贴体网格对不同转速下的潮流能水轮机进行非定常模拟,采用大涡模拟以提高尾流场模拟精度。通过模型试验验证致动线模型的准确性,致动线模型可有效预测水轮机的水动力特性;近尾流场叶尖位置速度损失最大,之后轮毂正后方速度损失占主导,远尾流场中以转轮扫略区域范围内速度损失为主。转速的增高会加快尾流场速度的恢复速率。横向尾流场速度沿转轮中心线基本呈对称分布;随着转速的增大,叶尖涡带之间的螺距逐渐减小,高转速会加快叶尖涡带脱落和破碎速率,通过提高尾流场湍流强度而加快尾迹的速度恢复速率。

关键词：致动线不同转速潮流能水轮机尾迹特性

来源： cnki会议评论

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基于致动线方法的串列浮式风机组气动性能研究

上游风力机倾斜尾流对下游风力机气动特性的影响

第十九届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：于子英郑兴马庆位郝红彬杨超然哈尔滨工程大学伦敦城市大学工程与数学科学学院

致动线方法,又称激励线方法,其核心思想是将叶片本身用其所受的一系列气动力作用点代替,这些气动力作为动量方程中的源项来体现风机叶片对流场的作用。该方法无需对叶片进行建模,无需划分边界层,由于气动力来源于试验结果,因而其求解速... 详细信息

致动线方法,又称激励线方法,其核心思想是将叶片本身用其所受的一系列气动力作用点代替,这些气动力作为动量方程中的源项来体现风机叶片对流场的作用。该方法无需对叶片进行建模,无需划分边界层,由于气动力来源于试验结果,因而其求解速度快,计算精度较高,利于大型浮式风机的模拟。在OpenFOAM平台上使用软件包turbinesFoam对串列布置的大型浮式风机NREL 5-MW组进行模拟研究,使用大涡模拟的方法计算串列三台风机的气动性能,给出下游风机尾涡变化,并推广至风电场的规模,研究其规律,以期为相关领域提供参考。

关键词：致动线大涡模拟 NREL 5-MW 风机组气动性能风机叶片尾涡

来源： cnki会议评论

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中国电机工程学报 2019年第14期39卷 4213-4220页

作者：杨从新何攀张旭耀张亚光金锐兰州理工大学能源与动力工程学院

为了研究上游风力机倾斜尾流对下游风力机气动特性的影响,基于Open FOAM开源软件,使用大涡模拟和致动线相结合的数值方法。通过改变上游风力机偏航角,使其尾流发生倾斜,对2台风力机的总功率输出和下游风力机的气动特性进行研究。研究表... 详细信息

为了研究上游风力机倾斜尾流对下游风力机气动特性的影响,基于Open FOAM开源软件,使用大涡模拟和致动线相结合的数值方法。通过改变上游风力机偏航角,使其尾流发生倾斜,对2台风力机的总功率输出和下游风力机的气动特性进行研究。研究表明:随着上游风力机偏航角的增大,2台风力机的总功率先增大后减小。当偏航角为30°时,2台风力机总输出功率最大,相比上游风力机未偏航时总功率提高了23.6%;下游风力机风轮气动载荷的平均值增大,振幅先增大后减小,并且气动载荷的变化与风轮的3倍转频相关;风轮叶片不同截面处的轴向力和切向力先增大后保持不变,力的最大值对应的方位角区间在逐渐增大,最小值对应的方位角区间在逐渐减小。此结果可为探究提高风力机功率输出的方法和复杂入流条件下风力机气动特性的研究提供参考。

关键词：风能风力机数值模拟 OpenFOAM 致动线偏航气动特性