《風電場多尺度流動模擬和數學模型》是2022年科學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：風電場多尺度流動模擬和數學模型
- 作者：葛銘緯
- 類別：電工技術類圖書
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2022年
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787030698360
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
風電場流動是風電場工程為重要的基礎問題之一，對於風電場微觀選址、最佳化運行具有重要意義。《風電場多尺度流動模擬和數學模型》總結了作者近年來在風電場多尺度流動模擬和數學建模方面的成果。《風電場多尺度流動模擬和數學模型》共分9章，其中第1章為緒論；第2章介紹了風電場多尺度流動的大渦模擬方法；第3章和第4章分別基於動量定理和質量守恆推導了單颱風電機組尾流的二維解析模型；第5章基於風電場數值模擬結果推導了風電場邊界層模型，並對其套用場景進行了介紹；第6章和第7章分別對單列風電機組和整場風電機組的協同控制策略進行了介紹；第8章和第9章分別對城市街區與中型風電機組和屋頂小型風電機組的相互作用進行了研究。
圖書目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究方法 4
1.1.1 風電場實測 4
1.1.2 風洞實驗 4
1.1.3 CFD數值模擬 5
1.1.4 數學模型 8
1.2 風電機組尾流解析模型研究進展 8
1.2.1 基於質量守恆的尾流解析模型 8
1.2.2 基於動量定理的尾流解析模型 10
1.2.3 現存不足和待研究的問題 11
1.3 風電場邊界層模型研究進展 11
1.3.1 風電場邊界層模型 11
1.3.2 風電場邊界層模型的套用 12
1.3.3 現存不足和待研究的問題 12
1.4 風電場偏航協同控制研究進展 13
1.4.1 串列風電機組偏航協同控制研究進展 13
1.4.2 陣列風電機組偏航協同控制研究進展 15
1.4.3 現存不足和待研究的問題 16
1.5 城市風電與城市街區的相互影響研究進展 16
1.5.1 城市中的風力發電機 16
1.5.2 城市大氣流動相關研究進展 18
1.5.3 現存不足和待研究的問題 20
本章小結 20
參考文獻 21
第2章 大渦模擬方法 31
2.1 大渦模擬方法介紹 31
2.1.1 控制方程 31
2.1.2 拉格朗日動力模型 32
2.1.3 邊界條件 34
2.1.4 風電機組模型 36
2.1.5 數值求解方法 39
2.2 大渦模擬方法驗證 41
2.3 單颱風電機組尾流的大渦模擬研究 42
2.3.1 算例設定 42
2.3.2 尾流演化過程分析 44
2.3.3 小結 51
2.4 偏航風電機組尾流的大渦模擬研究 51
2.4.1 算例設定 51
2.4.2 不同偏航角下風電機組的尾流演化過程 52
2.4.3 小結 59
本章小結 59
參考文獻 59
第3章 基於動量定理的尾流二維解析模型 62
3.1 引言 62
3.2 基於動量定理的經典尾流模型 62
3.2.1 一維尾流模型 62
3.2.2 二維尾流模型 63
3.2.3 模型存在的問題 65
3.3 MTG模型 65
3.3.1 真實尾流邊界的確定 66
3.3.2 J值的確定 69
3.3.3 與BP模型的對比 71
3.4 模型驗證 73
3.4.1 雷射雷達測風實驗 73
3.4.2 GH風洞實驗 75
3.4.3 EWTW風電場實測實驗 77
3.4.4 高粗糙度風洞實驗 79
本章小結 80
參考文獻 81
第4章 基於質量守恆的尾流二維解析模型 83
4.1 引言 83
4.2 基於質量守恆的經典尾流模型 83
4.3 MCG模型 86
4.3.1 壓力恢復區的速度損失 87
4.3.2 遠場尾流區的速度損失 89
4.3.3 尾流線性膨脹模型 90
4.4 近場尾流區的改進 91
4.5 模型驗證 93
4.5.1 大渦模擬仿真 93
4.5.2 TNO風洞實驗 95
4.5.3 甘肅雷達測風實驗 96
4.5.4 Sexbierum陸上風電場實測實驗 97
4.6 與動量定理模型的對比 99
本章小結 100
參考文獻 101
第5章 風電場邊界層模型 103
5.1 引言 103
5.2 經典的風電場邊界層模型 103
5.3 不同間距特徵的風電場大渦模擬研究 106
5.3.1 算例設定 106
5.3.2 不同間距特徵風電場的流場分析 108
5.3.3 不同間距特徵風電場的邊界層結構分析 110
5.3.4 風電場尾流層的流動不均勻分析 111
5.4 風電場邊界層模型 113
5.4.1 考慮流動不均勻的風電場邊界層模型 113
5.4.2 改進的R-Jensen尾流模型 116
5.4.3 耦合模型 119
5.5 計算結果分析 121
5.5.1 模型驗證 121
5.5.2 尾流模型的敏感性分析 124
5.5.3 地面粗糙度的影響 125
5.6 實際風電場功率預測 126
5.6.1 考慮入口效應的尾流邊界層模型 127
5.6.2 功率預測結果分析 128
5.7 風電場邊界層湍流統計量的預測模型 129
5.7.1 風電場邊界層流向和展向脈動速度分布規律 129
5.7.2 風電場邊界層垂向動量通量的變化規律 131
5.7.3 風電場邊界層湍流統計量預測模型 133
本章小結 135
參考文獻 136
第6章 單列風電機組的偏航協同控制 138
6.1 引言 138
6.2 串列風電機組偏航協同控制最佳化方法 138
6.2.1 偏航尾流模型 138
6.2.2 速度疊加模型及功率計算 141
6.2.3 最佳化算法與流程 142
6.3 控制策略 143
6.3.1 最佳化空間的簡化 143
6.3.2 確定偏航角的廣義公式 145
6.4 數值驗證 150
本章小結 153
參考文獻 154
第7章 風電場整場功率最佳化協同控制 156
7.1 引言 156
7.2 風電場協同控制最佳化方法 156
7.3 實際風電場的偏航協同控制 159
7.3.1 最佳化結果分析 160
7.3.2 最佳化方案分析 164
7.4 基於推力分配的功率協同控制 165
7.4.1 最佳化方法 165
7.4.2 最佳化結果 166
7.5 推力分配與偏航相結合的功率協同控制 168
7.5.1 最佳化方法 168
7.5.2 最佳化結果 168
7.5.3 三種協同控制方法的對比 169
本章小結 170
參考文獻 170
第8章 城市街區與中型風電機組的相互作用 171
8.1 引言 171
8.2 算例設定 171
8.3 街區作用下風電機組的尾流演化 172
8.3.1 風電機組尾流形態 172
8.3.2 風電機組尾流演化機理 175
8.4 風電機組對街區風環境的影響 179
8.4.1 街區中速度分布 179
8.4.2 街區中湍流度分布 181
本章小結 182
參考文獻 183
第9章 屋頂小型風電機組與城市街區的相互作用 184
9.1 引言 184
9.2 算例設定 184
9.3 城市街區周圍的風資源特性 186
9.3.1 速度分布 186
9.3.2 湍流度分布 188
9.4 屋頂風電機組發電特性 190
9.4.1 功率輸出特性 190
9.4.2 功率波動特性 194
9.5 屋頂風電機組對街區風環境的影響 195
9.5.1 速度影響 195
9.5.2 湍流度影響 197
本章小結 197
參考文獻 198
