[发明专利]一种基于CFD预计算的风电机组单尾流分布模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于CFD预计算的风电机组单尾流分布模拟方法，属于检测技术领域。预先对几个不同来流风速下的机组尾流场进行建模后再进行CFD数值模拟，得到离散来流风速下的机组尾流场信息数据库。然后基于该数据库通过插值方法得到任意来流风速下机组的尾流场速度分布。在工程中可以根据对尾流模拟精度的不同需求选择不同的CFD模拟方法，该方法兼具了高效率和高精度，时效性能够满足工程实际需求。

技术领域

本发明属于风电机组尾流计算技术领域，具体涉及一种基于CFD预计算的风电机组单尾流分布模拟方法。

背景技术

大型风电场中因为尾流效应导致的风电场发电量损失通常占年度发电量的10％至20％，准确模拟风电场尾流分布是评估风电场发电量及经济性的基础。在风电场微观选址等工作中需要对风电场内的尾流场在短时间内进行多次模拟，要求所使用的尾流模拟方法不仅能保证一定的计算精度，运算效率也必须满足工程要求。目前尾流模拟方法可分为两类：第一类是基于一些理想化假设推导得到的工程尾流模型，典型代表如Jensen尾流模型。这类模型形式简单，计算速度快，但是计算精度较低，已不能满足当前工程中对风电场发电量精细化评估的要求；第二类是基于求解Navier-Stokes方程的CFD模拟方法，典型代表如致动盘模型。这类方法可以准确模拟风电机组尾流场气动特性，得到精确的速度分布信息。但是CFD模拟方法需要耗费大量计算资源，计算时间长，即便致动盘模型已经做了相当程度的简化，但仍难以应用于对时效性要求较高的风电工程领域。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于CFD预计算的风电机组单尾流分布模拟方法，计算精度和效率高，时效性能够满足工程实际需求。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于CFD预计算的风电机组单尾流分布模拟方法，包括以下步骤：

步骤1)：对风电机组进行建模；

步骤2)：根据步骤1)建立的模型及其对应的计算域，对若干不同来流风速下的风电机组尾流场进行CFD数值模拟；储存尾流场中的速度分布信息，建立不同风速下单台机组的尾流场速度分布数据库；

步骤3)：根据步骤2)建好的数据库，采用插值方法计算得到任意来流风速下单台机组尾流区内任意位置处的速度分布，完成风电机组单尾流分布的模拟。

优选地，步骤1)中，建模采用致动盘方法。

优选地，步骤1)中，建模时，推力系数由风电机组对应的推力系数曲线得到。

优选地，步骤2)中，CFD数值模拟采用雷诺时均模拟方法。

优选地，步骤2)中，若干个不同来流风速处于机组切入风速和机组切出风速之间。

优选地，步骤2中，若干个不同来流风速的区间离散间隔为1m/s。

优选地，步骤2)中，储存尾流场中的速度分布信息时，提取机组下游每隔1个叶轮直径距离的尾流截面径向速度建立单台机组的尾流场速度分布数据库。

优选地，步骤3)中，插值方法为分段三次Hermite插值法。

优选地，步骤3)中，采用插值方法计算时，任意来流风速大于步骤2)中若干不同来流风速中的最小值，小于步骤2)中若干不同来流风速中的最大值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：