濃縮風(fēng)能裝置流場風(fēng)切變特性實驗研究.pdf

1、本論文選題是國家自然科學(xué)基金資助項目《濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪系列化的風(fēng)洞實驗與研究》[批準(zhǔn)號：59776033]中的一部分。風(fēng)切變對大型的風(fēng)電機(jī)組危害不容忽視。濃縮風(fēng)能型風(fēng)電機(jī)組具有提高風(fēng)能的能流密度，改善風(fēng)能的不穩(wěn)定性作用。為研究濃縮風(fēng)能裝置減弱來自風(fēng)切變對風(fēng)電機(jī)組的危害，論文以濃縮風(fēng)能裝置為對象，采用仿真、車載實驗和風(fēng)洞實驗方法，主要進(jìn)行了以下工作。
　　論文首先介紹了選題背景，揭示出大型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)切變問題，綜述了風(fēng)電機(jī)組

2、風(fēng)切變的研究情況，介紹了濃縮風(fēng)能型風(fēng)電機(jī)組的研究現(xiàn)狀以及優(yōu)勢；其次，詳細(xì)分析了濃縮風(fēng)能理論基礎(chǔ)、基本思想、技術(shù)可行性和計算流體力學(xué)的相關(guān)知識；然后，將濃縮風(fēng)能裝置模型置于均勻平行來流風(fēng)的流場中采用數(shù)值仿真和車載實驗，對濃縮風(fēng)能裝置進(jìn)行研究；接著，將濃縮風(fēng)能裝置模型置于帶有風(fēng)速梯度的來流風(fēng)的流場中采用數(shù)值仿真和風(fēng)洞實驗，對傳統(tǒng)濃縮風(fēng)能裝置和改進(jìn)濃縮風(fēng)能裝置進(jìn)行研究。研究成果如下：
　　（1）中央圓筒直徑900mm的傳統(tǒng)濃縮風(fēng)能裝置在

3、均勻平行來流流場中，當(dāng)流體流過濃縮風(fēng)能裝置首先近壁面流體被加速，在中央圓筒中間截面前0.22m截面近壁面流體流速超過中心軸流體流速，而后在中央圓筒附近達(dá)到最高值，之后隨著軸向距離增加，逐漸形成中心軸流體流速大于近壁面流體流速的流場。
　?。?）對實驗用風(fēng)洞進(jìn)行均勻性和穩(wěn)定性測試，并測試出風(fēng)洞模擬大氣邊界層的風(fēng)速梯度曲線；以測試過的風(fēng)洞，進(jìn)行傳統(tǒng)濃縮風(fēng)能裝置模型、濃縮風(fēng)能裝置改進(jìn)模型I和改進(jìn)模型II的風(fēng)切變風(fēng)洞實驗，實驗證明濃縮風(fēng)能

4、裝置具有減輕風(fēng)切變的能力；傳統(tǒng)濃縮風(fēng)能裝置使來流風(fēng)速梯度由4.2/s減弱為中央圓筒流速梯度3.4/s，使來流風(fēng)速梯度降低20%；改進(jìn)模型I使來流風(fēng)速梯度由4.2/s減弱為中央圓筒流速梯度2.08/s，使來流風(fēng)速梯度降低50%；改進(jìn)模型II使來流風(fēng)速梯度由4.2/s減弱為中央圓筒流速梯度1.36/s，使來流風(fēng)速梯度降低68%。
　　（3）建立了濃縮風(fēng)能裝置的數(shù)值模擬模型，以風(fēng)洞測試的風(fēng)速梯度為來流風(fēng)速梯度進(jìn)行了濃縮風(fēng)能裝置的風(fēng)切變數(shù)

5、值模擬，計算結(jié)果顯示傳統(tǒng)風(fēng)能濃縮風(fēng)能裝置模型、改進(jìn)模型I、改進(jìn)模型II減輕風(fēng)切變作用的能力逐漸加大。
　?。?）中央圓筒直徑900mm的濃縮風(fēng)能裝置在距中央圓筒壁面50mm附近出現(xiàn)邊界層效應(yīng)；中央圓筒直徑300mm的濃縮風(fēng)能裝置在距中央圓筒壁面15mm附近出現(xiàn)邊界層效應(yīng)。
　?。?）仿真和實驗表明風(fēng)切變下濃縮風(fēng)能裝置具有提高風(fēng)力發(fā)電質(zhì)量和載荷均勻度作用。
　　（6）由傳統(tǒng)濃縮風(fēng)能裝置模型、濃縮風(fēng)能裝置改進(jìn)模型I和改進(jìn)模