風(fēng)電場中許多風(fēng)力機布置在一起，一些風(fēng)力機將處于另一些風(fēng)力機的尾流中，使風(fēng)力機的性能受到影響，功率輸出減小，影響整個風(fēng)電場總的功率輸出。開展尾流效應(yīng)對風(fēng)力機性能影響研究是為了合理布置風(fēng)力機，盡量減小風(fēng)力機尾流的影響，提高風(fēng)電場效率，使風(fēng)電場的經(jīng)濟性達(dá)到最佳。

尾流模型平衡尾流模型

平衡尾流模型采用傳統(tǒng)的葉素理論對風(fēng)力機特性進(jìn)行時間和區(qū)域的動態(tài)仿真，并假定尾流隨葉片承受載荷變化迅速做出反應(yīng)。因此，平衡尾流模型的處理方法就是在每一時間步長內(nèi)，葉片每個葉素的軸向和周向誘導(dǎo)因子均取當(dāng)時來流狀態(tài)所對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果。基于這種處理，沿著葉片的誘導(dǎo)速度是在特定的來流情況下的葉片每個葉素所承受載荷的瞬時計算解，而與達(dá)到這個狀態(tài)的過程無關(guān)，因此這是一個準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。雖然這個模型在風(fēng)力機氣動分析中一直被采用，但在處理快變過程時會過高估計動態(tài)載荷。

尾流模型動態(tài)尾流模型

動態(tài)尾流模型考慮了由于葉片承受載荷變化而引起風(fēng)輪入流速度變化的機理，這種變化的影響需要一定的時間來改變誘導(dǎo)速度場，即當(dāng)葉片載荷變化時，誘導(dǎo)速度的動態(tài)變化過程需要一定的延遲時間。因此，結(jié)合動態(tài)尾流模型的處理方法，可以較真實地反映尾流動態(tài)滯后和動態(tài)誘導(dǎo)速度場的變化過程。

動態(tài)尾流的研究始于直升機空氣動力學(xué)的研究，直升機空氣動力學(xué)理論中，提供了描述在風(fēng)輪處誘導(dǎo)流場動態(tài)地依賴于風(fēng)輪所承受載荷的方法。

在研究風(fēng)速變化過程中風(fēng)電機組的相互影響問題時，通常采用的風(fēng)速數(shù)學(xué)模型都是假設(shè)風(fēng)電場內(nèi)所有風(fēng)電機組的風(fēng)速相同，而沒有考慮風(fēng)場內(nèi)風(fēng)速的變化。實際上，當(dāng)風(fēng)經(jīng)過風(fēng)力機時會損失部分能量，表現(xiàn)為風(fēng)速的降低同時由于尾流效應(yīng)的影響，在某一風(fēng)向上，坐落在下游風(fēng)力機的輸入風(fēng)速要低于上游風(fēng)力機的輸入風(fēng)速。風(fēng)力機相距越近，前面風(fēng)力機對后面風(fēng)力機的影響就越大。為了充分利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源和發(fā)揮規(guī)模效益，大型風(fēng)電場通常由幾十臺甚至數(shù)百臺風(fēng)電機組組成，受場地和其它條件的限制，這些機組不可能相距太遠(yuǎn)。因此，在準(zhǔn)確描述風(fēng)速擾動下風(fēng)電場輸出功率的波動特性及其與電力系統(tǒng)的相互影響問題時，有必要考慮尾流效應(yīng)對每臺風(fēng)電機組風(fēng)速的影響，只有這樣，才能保證計算的準(zhǔn)確性，從而使研究結(jié)果更具有實際意義和實用價值。 2100433B

國內(nèi)、外許多專家對風(fēng)電場的風(fēng)速模型進(jìn)行了大量的研究，得出了很多種側(cè)重于不同分析內(nèi)容的風(fēng)速模型。有關(guān)研究利用復(fù)雜交叉功率譜密度法建立了考慮風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)擾動、風(fēng)電機組的排列布置和地形變化等因素用于風(fēng)電場電能質(zhì)量分析的等效風(fēng)速模型。也有學(xué)者研究從風(fēng)速功率譜密度的角度出發(fā)，將風(fēng)速序列看作白噪聲序列通過整形濾波器的輸出，建立了風(fēng)速模型，并給出了計算整形濾波器參數(shù)的方法。更有甚者，建立了滿足一定功率譜密度特性的自回歸滑動平均風(fēng)速模型，并對該模型的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析和對比。這些模型考慮了風(fēng)電場內(nèi)影響風(fēng)速的很多因素，比較復(fù)雜，適合于風(fēng)電場電能質(zhì)量的研究。但是對于分析風(fēng)速變化時風(fēng)電場的功率波動對電網(wǎng)動態(tài)特性的影響時，這些模型顯得過于復(fù)雜，并且在這些模型中有些參數(shù)的獲得比較困難，可能會影響計算的準(zhǔn)確性。因此可以忽略對風(fēng)電場及電力系統(tǒng)動態(tài)特性影響不大的因素，如描述風(fēng)電場地形、地貌的參數(shù)，包括等高線、地形粗糙度及障礙物等。

多排轉(zhuǎn)靜葉片排間，葉片尾流抖動行為影響著葉片排間相互作用，尾流和主流的摻混，氣動噪聲特性，還會引起轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生振動。已有研究很少涉及多排轉(zhuǎn)靜葉片排的尾流抖動現(xiàn)象及其調(diào)控方法。針對這一問題，本研究工作的主要目的是揭示轉(zhuǎn)靜葉片排間抖動尾流流動形態(tài)特性，以及如何對抖動尾流進(jìn)行調(diào)控，使其具有最小的流動損失。 首先研究了兩排葉片間的轉(zhuǎn)靜干涉與葉片尾跡抖動行為關(guān)系。然后依據(jù)三排葉片組成的軸徑流組合壓氣機模型，研究兩個轉(zhuǎn)靜子干涉同時存在情況下葉輪機械內(nèi)部尾跡非定常干涉耦合疊加特性，并建立代表多因素的變量疊加模型。借鑒模型分解方法，將某些干涉因素對應(yīng)變量從疊加公式中分離，用于展示非定常因素時域耦合疊加特征。研究主要結(jié)論如下： (1) 認(rèn)為下游葉片勢流場是上游葉片尾跡發(fā)生抖動的主導(dǎo)因素。下游葉片勢流造成葉片排之間區(qū)域周向壓力分布不均。隨著葉片轉(zhuǎn)動，上游葉片尾跡兩側(cè)壓力差正負(fù)交變。這個正負(fù)變化壓力梯度是葉片尾跡發(fā)生抖動行為的驅(qū)動力。(2) 描述了上游葉片尾跡對下游葉片尾跡抖動特性的異步干涉現(xiàn)象。上游葉片尾跡通過與下游葉片邊界層干涉方式改變下游葉片邊界層局部厚度，隨后葉片兩側(cè)增厚邊界層異步匯入尾跡，影響下游葉片尾跡抖動特性。(3) 中間葉片排尾跡抖動特性是由上下游葉片排共同決定的。當(dāng)上下游葉片干涉頻率不同時，中間葉片抖動周期為兩個影響因素周期的最小公倍數(shù)。當(dāng)上下游葉片排干涉頻率相同時，中間葉片尾跡抖動周期與上下游葉片排通過頻率相同。(4) 建立了影響因素耦合疊加公式，成功獲得部分影響因素時域疊加特征。時域疊加波形圖顯示：當(dāng)兩個因素以“波峰-波峰”或“波谷-波谷”相對相位疊加時，中間葉片尾跡抖動幅值最大。而當(dāng)兩個因素以“波峰-波谷”相對相位疊加時，中間葉片尾跡抖動幅值最小。 項目研究結(jié)果有助于推進(jìn)葉輪機械非定常設(shè)計體系的建立和實現(xiàn)非定常干涉或多因素耦合干涉的有效組織。 2100433B

多排轉(zhuǎn)靜流線體間，靜止流線體尾流抖動行為影響著轉(zhuǎn)靜流線體間相互作用，尾流和主流的摻混，氣動噪聲特性，還會引起轉(zhuǎn)動流線體發(fā)生振動。已有研究很少涉及多排轉(zhuǎn)靜流線體間靜止流線體的尾流抖動現(xiàn)象及其調(diào)控方法。針對這一問題，本研究工作的主要目的是揭示轉(zhuǎn)靜流線體間抖動尾流流動形態(tài)特性，以及如何對抖動尾流進(jìn)行調(diào)控，使其具有最小的流動損失。為了實現(xiàn)上述研究目的，本工作從以下幾個部分展開：(1)明確靜止流線體表面邊界層形態(tài)對其尾流抖動特性的誘導(dǎo)效應(yīng)；(2)發(fā)現(xiàn)上下游轉(zhuǎn)動流線體時序位置對靜止流線體尾流抖動幅值、摻混損失、輸運特性的影響機理；(3)確定靜止流線體尾流抖動幅值差異性對尾流流動形態(tài)演化過程產(chǎn)生的影響；(4)提出靜止流線體尾流抖動幅值、頻率和摻混損失的調(diào)控方法。研究結(jié)果可以豐富對多排轉(zhuǎn)靜流線體間靜止流線體尾流抖動特性的認(rèn)識。