[发明专利]一种基于2D_k Jensen模型的三维尾流数值模拟方法有效

专利信息
申请号: 201811099157.9 申请日: 2018-09-20
公开(公告)号: CN109376389B 公开(公告)日: 2022-12-13
发明(设计)人: 宋翌蕾;田琳琳;赵宁 申请(专利权)人: 南京航空航天大学
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20
代理公司: 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人: 戴朝荣
地址: 210016 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要: 发明提供了一种基于2D_k Jensen模型的三维尾流数值模拟方法,可获得新型的三维尾流模型,其特征在于,包括:步骤1、计算入流风切变曲线u0(z)以及湍流强度在垂直方向上的分布型I0(z);步骤2,计算尾流膨胀系数kx,z;步骤3,基于原Jensen模型对尾流风速进行预测,得到初始尾流风速u*(x,z);步骤4,计算尾流膨胀半径rx,r;步骤5,利用步骤4所得尾流膨胀半径rx,r,基于2D_kJensen模型提出的cosine型速度分布,对步骤3所得的初始尾流风速u*(x,z)进行三维修正,得到修正后的尾流风速分布u(x,y,z)。本发明获得的三维尾流模型继承了工程模型的优点,对流向、横风向和垂直向的尾流速度亏损均体现了良好的预测精度,且能够有效地反映垂直方向速度亏损的非对称特性,计算精度甚至优于基于CFD方法的数值模拟结果。
搜索关键词: 一种 基于 d_k jensen 模型 三维 数值 模拟 方法
【主权项】:
1.一种基于2D_k Jensen模型的三维尾流数值模拟方法,其特征在于,包括:步骤1,计算入流风切变曲线u0(z)以及湍流强度在垂直方向上的分布型I0(z),计算式如下:式中,z为距离地面的高度,zhub为轮毂高度,z0为地表粗糙度,u(zhub)为风力机轮毂高度处的风速,I(zhub)为风力机轮毂高度处的湍流强度;步骤2,计算尾流膨胀系数kx,z,计算式如下:kx,z=k0·Iwake,x,z/I0(z)式中,k0为初始尾流膨胀系数,Iwake,x,z为风力机下游x位置,z高度处的湍流强度;所述Iwake,x,z的计算式如下:其中,式中,x为风力机下游距离,D为风轮直径,CT为风力机推力系数,Iadd,x为尾流区x位置处的附加湍流强度,包含由于风力机的存在而产生的剪切湍流和附加的机械湍流;步骤3,基于Jensen模型对尾流风速进行预测,计算初始尾流风速u*(x,z),计算式如下:u*(x,z)=u0(z)[1‑2a/(1+kx,z·2s)2]式中,ɑ为风力机轴流诱导因子,与风力机的推力系数CT有关,计算式为s为量纲化下游位置,计算式为s=x/D;步骤4,计算尾流膨胀半径rx,r,计算式如下:rx,r=k0·x+r1式中,r1为风轮后的特征尾流半径,表达式为其中rd为风轮半径;步骤5,建立三维尾流模型,利用步骤4所得尾流膨胀半径rx,r,基于2D_k Jensen模型提出的cosine型速度分布,对步骤3所得的初始尾流风速u*(x,z)进行三维修正,得到修正后的尾流风速分布函数u(x,y,z),其表达式为:u(x,y,z)=(u0(z)‑u*(x,z))·fx,r+u*(x,z)fx,r为风速分布函数,其表达式为fx,r=cos(2π/rx,r·r+π),r为以风轮中心线为圆心的辐射半径,表达式为:式中,y为风力机尾流任一点的横向坐标,ywake和zwake分别为风力机下游x位置的尾流中心坐标。
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