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风电机组机舱近尾流的数值模拟研究

工程热物理学报 2019年第4期40卷 797-803页

作者：王晓东叶昭良丁林吴根勇华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206 浙江运达风电股份有限公司杭州310012

机舱风速是风电机组重要的监测参数。机舱风速受到风轮的尾流影响,与风轮上游来流风速有一定差别。对机舱风速的修正需要研究风电机组的机舱近尾流。采用计算流体力学(CFD)模拟对某大型风电机组在典型风速下机舱附近的近尾流结构进行了... 详细信息

机舱风速是风电机组重要的监测参数。机舱风速受到风轮的尾流影响,与风轮上游来流风速有一定差别。对机舱风速的修正需要研究风电机组的机舱近尾流。采用计算流体力学(CFD)模拟对某大型风电机组在典型风速下机舱附近的近尾流结构进行了研究。在计算功率与设计功率值吻合较好的基础上,分析了下机舱近尾流分布,及机舱风速仪位置的风速变化。研究发现非定常模拟结果比定常模拟更接近设计结果。采用转子冻结法的定常模拟,叶片位置对机舱风速有很大影响。定常计算低估了机舱壁面附近的风速波动。叶片的周期旋转对时均风速大小有一定影响,但并不显著;对机舱风速的方向影响明显,且总是偏向旋转方向。在机舱上方到翼型段高度之间存在一个风速波动较小的位置,更适宜安装风速仪。

关键词：风电机组近尾流机舱风速仪数值模拟

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再入钝头体近尾流动计算

宇航学报 1995年第3期16卷 69-75页

作者：乐嘉陵曹文祥雒朝富中国空气动力研究与发展中心

本文采用联立求解粘性剪切层和有旋无粘区的方法计算了再入钝头体层流近尾流场。有旋无粘区采用有旋特征线法计算。粘性剪切层采用改进的流管法计算，这两个区域间的基本流线上的压力、温度、速度等由两个区域迭代匹配确定，粘性剪切层... 详细信息

本文采用联立求解粘性剪切层和有旋无粘区的方法计算了再入钝头体层流近尾流场。有旋无粘区采用有旋特征线法计算。粘性剪切层采用改进的流管法计算，这两个区域间的基本流线上的压力、温度、速度等由两个区域迭代匹配确定，粘性剪切层的下边界区分流线采用实验确定，回避了回流区复杂计算，计算结果与有关试验和文献一致。本文的目的是提供远尾流计算所需的颈部初始剖面。

关键词：钝头体近尾流计算空气动力学粘性剪切层

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风力机机舱近尾流数值模拟研究

风力机机舱近尾流数值模拟研究

作者：丁林华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

风电机组运行过程中的测风主要依赖机舱上方的测风仪。机舱风速仪周围的流动受到自然来流、风轮绕流和机舱细部结构的影响,其测得的速度与机组远前方来流速度有一定差别,需要用机舱传递函数对机舱风速进行修正。机舱传递函数与风轮下游... 详细信息

风电机组运行过程中的测风主要依赖机舱上方的测风仪。机舱风速仪周围的流动受到自然来流、风轮绕流和机舱细部结构的影响,其测得的速度与机组远前方来流速度有一定差别,需要用机舱传递函数对机舱风速进行修正。机舱传递函数与风轮下游机舱近尾流流场密切相关。因此,需要对机舱附近流动进行分析。选用某2MW风电机组,对机舱附近流动进行定常及非定常数值模拟。以9m/s风速为典型风速,进行了不同相位角的定常模拟,通过设计结果进行验证,分析了机舱附近的流场特征。分析了低风速5m/s,高风速13m/s与典型风速9m/s下风电机组的总体性能,以及不同风速下机舱附近的流场特征：研究了机舱上方散热器几何与散热射流对机舱附近流动状况以及风速仪测量结果的影响;在稳定来流研究的基础之上,对叠加的正弦时变来流进行了数值模拟,分析了机舱附近的流动对风速波动的响应情况。模拟结果显示,定常计算结果由于不能考虑尾流的历史效应,低估了机舱壁面附近的风速波动。非定常计算结果表明,适当将风速仪位置上调能够增加其测量准确性。不同风速下,机舱前部湍流强度、速度变化梯度随风速增大而增大,靠近机舱尾部湍流强度变化与之相反;相同风速下,湍流强度沿来流方向先增加后减弱,在靠近机舱尾部又有增加趋势。对于机舱上方加散热器模型,散热器工作时,能够减少散热器几何绕流的影响。对于正弦时变来流,来流频率与风轮旋转频率相互影响,使二者幅值降低,流动低频谐波信号增加。当来流为几个正弦来流叠加时,叠加来流越多,幅值越小,低频谐波信号越多,机舱尾部掺混流动更复杂。机舱周围的流动也会受到非定常来流风速变化的影响。当速度逐渐增加时,机舱尾部高能流体扩散加快。

关键词：机舱风速仪传递函数近尾流时变来流数值模拟

风沙环境下风力机近尾流内沙尘输运和流场特征的实验研究

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风沙环境下风力机近尾流内沙尘输运和流场特征的实验研究

作者：常吉祥兰州理工大学

学位级别：硕士

根据国家能源局发布关于印发《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》的通知,将重点在沙戈荒地区建设大型风电基地。由于严重的荒漠化,以及沙尘暴频发,风力机的运行状态及尾流发展会受到风沙流的影响,同时沙尘... 详细信息

根据国家能源局发布关于印发《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》的通知,将重点在沙戈荒地区建设大型风电基地。由于严重的荒漠化,以及沙尘暴频发,风力机的运行状态及尾流发展会受到风沙流的影响,同时沙尘输运也会受风力机运行的扰动而改变。为了探究两者的相互影响规律,本文进行了风沙环境下风力机近尾流的PIV风洞实验。旨在揭示沙尘经过风轮后,对风力机近尾流小尺度结构产生的影响,以及沙尘颗粒在近尾流内的输运特性。具体研究内容和结论如下:风洞实验分别设置了2组没有风力机的对照组、3组净风工况、3组风沙工况,使用PIV设备对风轮后3倍风轮半径(3R)的区域进行了流场测量,通过对沙尘运动特征的瞬时及统计分析表明,沙尘颗粒在风轮前受阻塞效应的影响出现了减速现象,有2%–10%的颗粒在穿越风轮的过程中与叶片发生了碰撞,偏离主流的运动方向。在尾流区颗粒轴向速度明显降低,受叶片旋转的影响沙粒沿旋转轴向外分散,即约75%的颗粒在视域内有向上运动的趋势,这一现象一直延续至轮毂末端。同时,在机舱上方出现了以叶尖涡为间距的条带聚集区,受轮毂后端低压区的影响,经过轮毂之后条带结构迅速破裂。由于颗粒的高惯性,叶尖涡的涡核内鲜有颗粒出现,而是聚集在其周围。同样,在中心涡内仅存在少量速度微乎其微且速度方向不规则的沙粒,颗粒倾向于脱离中心涡区域,聚集在中心涡结构的外围。对比两种工况下的近尾流特性,结果表明净风工况中的速度亏损过程相对更快,即高惯性的风沙流削弱了风轮的阻塞效应。在净风工况中可以观察到叶尖涡及“涡柄”结构,但当流体携带沙粒后,“涡柄”结构破裂,且增强了涡核的涡度,这意味着风沙流中尾流与周围大气的能量交换将会受到更持续的阻碍。对比不同工况中心涡边界线发现,风沙来流会抑制中心涡的径向扩张,但对平均轴向速度影响较小。在高湍流区(叶尖高度),沙粒的雷诺应力小于流体,而在低湍流区(叶片一半高度)则表现出相反的特性,这一现象随着入流风速的增加而变得更加明显。针对近尾流内的相干结构,对两种工况进行了SPOD和相关性分析,发现叶尖涡从叶片脱离后扰动周围大气,产生了正负交替的网状相干结构,而风沙来流增大了该结构的强度及频率震荡范围,使得结构内含有更大的能量。同时,风沙流减弱了叶尖涡对周围大气的扰动,导致更快地出现了网格状相干结构的对角融合。通过相关性分析,展示了来流的大尺度结构被风轮旋转破碎为条带状相干结构的过程,含沙工况的条带结构更加清晰,而且与颗粒的条带状聚集特性一致。除此之外,风沙流还减弱了尾流内相干结构的尺度。

关键词：风力机近尾流风沙环境聚集效应惯性颗粒

湍流风况下风电机组机舱近尾流的数值模拟研究

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风机技术 2024年第4期66卷 60-66页

作者：汪涛卢新根王晓东樊庆洋梁翰文华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室中科院工程热物理研究所

水平轴风电机组机舱风速是机组控制的主要信号参数。机舱风速受风电机组来流湍流与风电机组近尾流影响,变化复杂,对风电机组的优化控制有重要的影响。本文采用计算流体力学(CFD)方法,对湍流风况下风电机组机舱近尾流进行了详细分析。对... 详细信息

水平轴风电机组机舱风速是机组控制的主要信号参数。机舱风速受风电机组来流湍流与风电机组近尾流影响,变化复杂,对风电机组的优化控制有重要的影响。本文采用计算流体力学(CFD)方法,对湍流风况下风电机组机舱近尾流进行了详细分析。对比研究了稳态均匀风况和湍流风况下的近尾流的结构、机舱速度分布及其对风电机组总体性能的影响。研究发现,风电机组总体性能随湍流风况波动也呈现多尺度波动特征。湍流风况下,经过滤波后的机舱风速的时间序列和来流风速的时间序列体现出很强的相关性。对于湍流风况和稳态均匀风况,叶片/风轮旋转对风电机组机舱风速波动的影响最大。湍流风况会增加风电机组机舱风速的波动频率,增大波动的幅值,削弱风轮旋转对尾流和机舱风速的影响。湍流风况使得机舱周围的流动结构更复杂。稳态均匀风况与湍流风况下叶片吸力面叶根位置处都发生了分离流动,湍流强度增大了叶根位置处的流动分离。

关键词：水平轴风电机组机舱风速近尾流湍流风况数值模拟

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近超声速尾流中物体前面流动的特征规律性(英文)

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流体力学实验与测量 1998年第4期12卷 1-7页

作者： N.N.别辽金 V.S.凯雷布尼柯夫莫斯科州立大学力学学院

在精心研究大量实验数据的基础上，确定出一对孤立物体之间的超声速湍流准则，从而得到诸参量的基本关联规律。有了这样的关联，就有可能计算出处于另一物体近尾流中的物体的热和力的效应。

关键词：近尾流实验数据超声速流动分离流特征规律

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绕物体超声速非均匀尾流(英文)

实验流体力学 1998年第2期

作者：Ｎ．Ｎ．别辽金,Ｒ．Ｆ．塔利波夫,Ｖ．Ｓ．凯雷布尼柯夫莫斯科州立大学力学学院

针对超声速入射流的非均匀性对物体的气体动力特性和热特性的影响作了研究。本述评主要讨论的是尾流型非均匀流动，重点为研究它们的实验方法和理论方法、气流中物体的热和动力特性的普遍相似关系，以及非均匀流的分类和特性等方面。

关键词：入射流非均匀流近尾流远尾流热特性动态特性普遍相似关系

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基于不同雷诺数下单方柱尾流结构的研究

基于不同雷诺数下单方柱尾流结构的研究

作者：张勤涛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于方柱绕流在现实生活中有很多实际应用,例如水流绕过桥墩,海上钻井平台,风绕过高层建筑物等。流体流过障碍物产生交替的漩涡脱落,会在物体上形成相关的脉动力,引起结构震动,噪声的发生和共振现象,从而导致对物体结构形成破坏,造成经... 详细信息

由于方柱绕流在现实生活中有很多实际应用,例如水流绕过桥墩,海上钻井平台,风绕过高层建筑物等。流体流过障碍物产生交替的漩涡脱落,会在物体上形成相关的脉动力,引起结构震动,噪声的发生和共振现象,从而导致对物体结构形成破坏,造成经济损失。国内外研究者对圆柱尾流结构进行了很详细的研究和深入了解,然而对方柱尾流结构研究甚少。针对这一现状,本课题对方柱尾流结构进行了测量,得到了尾涡的长度、宽度、转捩长度和阻力系数等参数。本文通过实验和数值模拟的方法研究雷诺数范围为75～5.75×104的单方柱的湍流特性。对于雷诺数范围在75～200和200～1.4×103的流动分别采用了层流模型和k-ω(SST)模型。实验部分是在一个开放式的风洞里面通过应用热线风速仪和粒子成像技术(PIV)来实现的。方柱附近尾流的结构长度和宽度是通过数值模拟和PIV实验测得的。在雷诺数大于1.4×103的情况下,用热线风速仪测得了剪切层由层流到湍流的转捩点的位置。研究发现单方柱转捩点的位置随着雷诺数的增大而向方柱靠近,而这一现象跟单圆柱绕流是一致的。

关键词：热线 PIV 方柱近尾流流动结构

一次气与二次气流量比对三元旋流燃烧室头部温度场的影响

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西北工业大学学报 1987年第4期5卷 395-400页

作者：朱慧龄唐明严传俊西北工业大学西北工业大学副教授工程师

本文叙述了带旋流器和主燃孔的模型燃烧室温度场实验研究结果,实验中采用乙炔气为燃料,在几个稳定状态下,用高温热电偶测量了燃烧室头部的温度分布,研究了余气系数,一次进气和二次进气对燃烧室内温度分布的影响,获得了一些规律性的认识... 详细信息

本文叙述了带旋流器和主燃孔的模型燃烧室温度场实验研究结果,实验中采用乙炔气为燃料,在几个稳定状态下,用高温热电偶测量了燃烧室头部的温度分布,研究了余气系数,一次进气和二次进气对燃烧室内温度分布的影响,获得了一些规律性的认识。本文公布的数据可供验证数值计算结果和研制燃气轮机燃烧室作参考。

关键词：旋流燃烧室余气系数燃烧室头部流量比回流区近尾流二次气流温度分布分布(力学) 旋转射流温度场