[发明专利]一种用于海上漂浮式风机的尾流场数值优化设计方法

说明书

本发明涉及一种用于海上漂浮式风机的尾流场数值优化设计方法，该方法包括以下步骤：步骤1：引入Jensen模型并对其进行改进，获得改进型Jensen模型；步骤2：基于层流边界流量补充效应，对已有改进型Jensen模型进行修正；步骤3：利用经过修正处理的改进型Jensen模型获得在艏摇以及纵摇状态下，尾流场速度分布结果；步骤4：根据尾流场速度分布结果对海上漂浮式风机的尾流场数值进行优化设计。与现有技术相比，本发明具有与实际漂浮式风机尾流效应的匹配度高，精确度高等优点。

技术领域

本发明涉及海上漂浮式风机技术领域，尤其是涉及一种用于海上漂浮式风机的尾流场数值优化设计方法。

背景技术

随着海上风电技术的发展，海上风资源开发已经逐渐从近海走向深远海。这主要是由于深远海有比近海更高的风速和更广阔的开发空间。在深远海风电场中，漂浮式风机是开发深海风资源的主要载体。漂浮式风电场的发电量是衡量漂浮式风电场的运营指标之一，研究漂浮式风机的尾流，可以优化漂浮式风电场的布局，可以提高漂浮式风电场经济效益。

现有专家学者对风力发电机尾流模型做了一定的研究。有些专家学者通过分析风机输出功率与尾流分布间的耦合关系，建立了尾流与风轮交汇面积的计算方法。有些专家学者使用广义制动盘方法对风电场中的串列风力机进行数值模拟，研究了串列之间间距变化时，上游风力机产生的尾流对下游风力机的影响，结果验证了目前风场中常用的风力机之间间距为7D的情况下，下游风力机的发电功率损失达到35％。有些专家学者分析了风电场尾流优化模型在不同大气稳定度及不同风电机组机型的对比结果，得到了风电机组的总尾流和考虑尾流效应的年发电量与风电机组间距比的关系。以上文献研究了多种尾流模型，其中，较多选用目前常用的半经验尾流模型Jensen模型以及改进型Jensen模型，可以较好的模拟正对来流风的固定式风力机尾流场。但是，上述尾流模型难以较好的模拟偏航状态下的风力机尾流场。此外，海上漂浮式风力机在受到风、波浪以及海流作用下会产生一定的艏摇、纵摇角度，需要对已有尾流模型进行修正，来满足海上漂浮式风力机尾流场数值模拟要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于海上漂浮式风机的尾流场数值优化设计方法，该方法考虑漂浮式风机复杂的运动特性，基于目前已有的尾流模型所提出。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于海上漂浮式风机的尾流场数值优化设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：引入Jensen模型并对其进行改进，获得改进型Jensen模型；

步骤2：基于层流边界流量补充效应，对已有改进型Jensen模型进行修正；

步骤3：利用经过修正处理的改进型Jensen模型获得在艏摇以及纵摇状态下，尾流场速度分布结果；

步骤4：根据尾流场速度分布结果对海上漂浮式风机的尾流场数值进行优化设计。

进一步地，所述的步骤1包括以下分步骤：

步骤11：通过质量守恒公式、轴向推力系数以及尾流半径相结合获得Jensen模型；

步骤12：在Jensen模型的基础上通过设置风力机后的风速，获得改进型Jensen模型。

进一步地，所述步骤11中的Jensen模型，其描述公式为：

式中，v_x表示风力机下游距离x位置轮毂高度处的风速，v₀表示风力机风速，r₀表示风轮半径，kx表示线性变化量。

进一步地，所述步骤12中的改进型Jensen模型，其描述公式为：