...| MDPI JMSE:基于致动线模型的偏航风机复杂尾流特性研究
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发布时间：2024-09-08 18:13
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时间：2024-10-25 13:39
新能源控制与工业智能”专栏由JMSE、Energies、Technologies 编委宋冬然副教授主持，专注于人工智能在新能源系统、工业控制方向的应用研究。宋冬然副教授在中南大学自动化学院担任副教授、博士生导师，同时作为多个国家级自然科学基金项目的评审专家，参与编纂了多份专业期刊。其在风电控制与优化、人工智能在新能源系统应用等方向的研究贡献显著。
在现代大型风电场中，尾流效应造成的功率损失达到30%以上。主动偏航控制作为减少尾流效应影响的重要手段，需要深入研究偏航下的风机尾流特性。一篇发表于Journal of Marine Science and Engineering (JMSE) 的研究论文，采用致动线模型（Actuator Line Method）对风机进行模拟分析，研究了不同截面的尾流特性。
该研究采用结合ALM和URANS的模拟方法，针对NREL 5MW风机尾流进行模拟，考虑不同偏航角度。通过致动线模型对风机建模，利用k-ω SST湍流模型对尾流进行模拟，最后分析了不同叶尖速比下的功率系数。模拟结果显示，ALM方法能够准确预测NREL 5MW风机的整体功率性能。
ALM方法简化了对叶片周围流场的精确模拟，提供了一种计算成本相对较低的尾流模拟方式。整个模拟过程分为三个步骤：用致动元代替叶片产生的力；设定计算域，确保风机和尾流的空气动力学性能发展；通过计算得到不同叶尖速比下的功率系数。随着叶尖速比的增大，功率系数表现出先增后减的趋势，最佳叶尖速比为7.55。
研究实验分析了偏航角（0°、10°、15°、20°、25°、30°）对不同水平截面速度亏损和垂直截面流场特性的影响。结果显示，当风机处于较大偏航状态时，不同高度的尾流偏转程度不同，低、中高度尾流剖面在远尾流处尾流急剧减小。尾流轮廓相对于尾流中心的不对称性随偏航角增加而增大，水平断面上的复杂流动与垂直断面流动之间存在联系。随着尾流演变，偏航风机尾流形成肾形，这种形状使得水平剖面上的尾流复杂变化成为可能。
未来工作将深入研究复杂的尾流模型，以获得更精确的尾流特性，进一步减少主动偏航控制中的尾流效应，提高风能利用率。
研究原文出自Journal of Marine Science and Engineering (JMSE) 期刊。
期刊简介：Journal of Marine Science and Engineering (JMSE) 由Tony Clare教授担任主编，内容涵盖海洋工程、海岸工程、海洋环境科学等多个领域。2022年影响因子为2.9，CiteScore为3.7。从初次决定到出版时间分别为16.9天和37天。
