風(fēng)電場(chǎng)中許多風(fēng)力機(jī)布置在一起，一些風(fēng)力機(jī)將處于另一些風(fēng)力機(jī)的尾流中，使風(fēng)力機(jī)的性能受到影響，功率輸出減小，影響整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)總的功率輸出。開(kāi)展尾流效應(yīng)對(duì)風(fēng)力機(jī)性能影響研究是為了合理布置風(fēng)力機(jī)，盡量減小風(fēng)力機(jī)尾流的影響，提高風(fēng)電場(chǎng)效率，使風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)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(duì)風(fēng)力機(jī)特性進(jìn)行時(shí)間和區(qū)域的動(dòng)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(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，葉片每個(gè)葉素的軸向和周向誘導(dǎo)因子均取當(dāng)時(shí)來(lái)流狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)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(lái)流情況下的葉片每個(gè)葉素所承受載荷的瞬時(shí)計(jì)算解，而與達(dá)到這個(gè)狀態(tài)的過(guò)程無(wú)關(guān)，因此這是一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。雖然這個(gè)模型在風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)分析中一直被采用，但在處理快變過(guò)程時(shí)會(huì)過(guò)高估計(jì)動(dòng)態(tài)載荷。

尾流模型動(dòng)態(tài)尾流模型

動(dòng)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(jī)理，這種變化的影響需要一定的時(shí)間來(lái)改變誘導(dǎo)速度場(chǎng)，即當(dāng)葉片載荷變化時(shí)，誘導(dǎo)速度的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程需要一定的延遲時(shí)間。因此，結(jié)合動(dòng)態(tài)尾流模型的處理方法，可以較真實(shí)地反映尾流動(dòng)態(tài)滯后和動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)速度場(chǎng)的變化過(guò)程。

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

國(guó)內(nèi)、外許多專家對(duì)風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)內(nèi)風(fēng)擾動(dòng)、風(fēng)電機(jī)組的排列布置和地形變化等因素用于風(fēng)電場(chǎng)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(guò)整形濾波器的輸出，建立了風(fēng)速模型，并給出了計(jì)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(dòng)平均風(fēng)速模型，并對(duì)該模型的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析和對(duì)比。這些模型考慮了風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)影響風(fēng)速的很多因素，比較復(fù)雜，適合于風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量的研究。但是對(duì)于分析風(fēng)速變化時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的影響時(shí)，這些模型顯得過(guò)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(huì)影響計(jì)算的準(zhǔn)確性。因此可以忽略對(duì)風(fēng)電場(chǎng)及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響不大的因素，如描述風(fēng)電場(chǎng)地形、地貌的參數(shù)，包括等高線、地形粗糙度及障礙物等。

在研究風(fēng)速變化過(guò)程中風(fēng)電機(jī)組的相互影響問(wèn)題時(shí)，通常采用的風(fēng)速數(shù)學(xué)模型都是假設(shè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速相同，而沒(méi)有考慮風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)速的變化。實(shí)際上，當(dāng)風(fēng)經(jīng)過(guò)風(fēng)力機(jī)時(shí)會(huì)損失部分能量，表現(xiàn)為風(fēng)速的降低同時(shí)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(jī)的輸入風(fēng)速要低于上游風(fēng)力機(jī)的輸入風(fēng)速。風(fēng)力機(jī)相距越近，前面風(fēng)力機(jī)對(duì)后面風(fēng)力機(jī)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(chǎng)通常由幾十臺(tái)甚至數(shù)百臺(tái)風(fēng)電機(jī)組組成，受場(chǎng)地和其它條件的限制，這些機(jī)組不可能相距太遠(yuǎn)。因此，在準(zhǔn)確描述風(fēng)速擾動(dòng)下風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)特性及其與電力系統(tǒng)的相互影響問(wèn)題時(shí)，有必要考慮尾流效應(yīng)對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速的影響，只有這樣，才能保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而使研究結(jié)果更具有實(shí)際意義和實(shí)用價(jià)值。 2100433B

多排轉(zhuǎn)靜葉片排間，葉片尾流抖動(dòng)行為影響著葉片排間相互作用，尾流和主流的摻混，氣動(dòng)噪聲特性，還會(huì)引起轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生振動(dòng)。已有研究很少涉及多排轉(zhuǎn)靜葉片排的尾流抖動(dòng)現(xiàn)象及其調(diào)控方法。針對(duì)這一問(wèn)題，本研究工作的主要目的是揭示轉(zhuǎn)靜葉片排間抖動(dòng)尾流流動(dòng)形態(tài)特性，以及如何對(duì)抖動(dòng)尾流進(jìn)行調(diào)控，使其具有最小的流動(dòng)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(dòng)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(jī)模型，研究?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)靜子干涉同時(shí)存在情況下葉輪機(jī)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(duì)應(yīng)變量從疊加公式中分離，用于展示非定常因素時(shí)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(shì)流場(chǎng)是上游葉片尾跡發(fā)生抖動(dòng)的主導(dǎo)因素。下游葉片勢(shì)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(dòng)，上游葉片尾跡兩側(cè)壓力差正負(fù)交變。這個(gè)正負(fù)變化壓力梯度是葉片尾跡發(fā)生抖動(dòng)行為的驅(qū)動(dòng)力。(2) 描述了上游葉片尾跡對(duì)下游葉片尾跡抖動(dòng)特性的異步干涉現(xiàn)象。上游葉片尾跡通過(guò)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(dòng)特性。(3) 中間葉片排尾跡抖動(dòng)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(shí)，中間葉片抖動(dòng)周期為兩個(gè)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(shí)，中間葉片尾跡抖動(dòng)周期與上下游葉片排通過(guò)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(shí)域疊加特征。時(shí)域疊加波形圖顯示：當(dāng)兩個(gè)因素以“波峰-波峰”或“波谷-波谷”相對(duì)相位疊加時(shí)，中間葉片尾跡抖動(dòng)幅值最大。而當(dāng)兩個(gè)因素以“波峰-波谷”相對(duì)相位疊加時(shí)，中間葉片尾跡抖動(dòng)幅值最小。 項(xiàng)目研究結(jié)果有助于推進(jìn)葉輪機(jī)械非定常設(shè)計(jì)體系的建立和實(shí)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(dòng)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(dòng)噪聲特性，還會(huì)引起轉(zhuǎn)動(dòng)流線體發(fā)生振動(dòng)。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(dòng)現(xiàn)象及其調(diào)控方法。針對(duì)這一問(wèn)題，本研究工作的主要目的是揭示轉(zhuǎn)靜流線體間抖動(dòng)尾流流動(dòng)形態(tài)特性，以及如何對(duì)抖動(dòng)尾流進(jìn)行調(diào)控，使其具有最小的流動(dòng)損失。為了實(shí)現(xiàn)上述研究目的，本工作從以下幾個(gè)部分展開(kāi)：(1)明確靜止流線體表面邊界層形態(tài)對(duì)其尾流抖動(dòng)特性的誘導(dǎo)效應(yīng)；(2)發(fā)現(xiàn)上下游轉(zhuǎn)動(dòng)流線體時(shí)序位置對(duì)靜止流線體尾流抖動(dòng)幅值、摻混損失、輸運(yùn)特性的影響機(jī)理；(3)確定靜止流線體尾流抖動(dòng)幅值差異性對(duì)尾流流動(dòng)形態(tài)演化過(guò)程產(chǎn)生的影響；(4)提出靜止流線體尾流抖動(dòng)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(duì)多排轉(zhuǎn)靜流線體間靜止流線體尾流抖動(dòng)特性的認(rèn)識(shí)。