2023.5.31

论文——垂向布置对不同工况下两台串联海上风电机组性能和尾流特性的影响。1.在本文中，两个NREL 5MW海上风机沿风向串联放置。通过增加上游或下游风机的轮毂高度同时保持另一个不变来实现不同的布置。设置七种垂直布置，轮毂高度差Δh为：0 D、±0.1D、±0.2D和±0.3D（下游高度-上游）。2.采用LES方法模拟流体流动，并通过致动器线技术对风机建模。3.在考虑风切变的大范围工况下，分析了垂直布置2台风机对风机转子性能和尾流特性的影响。得出以下结论：（1）转子性能：①风速为额定风速11.4m/s时，+Δh比-Δh得到更大的功率P和推力T，且存在周期性波动（图11）；②在20 m/s的超额定运行条件下，正Δh情况下的推力和功率比负Δh情况下的推力和功率大（图13）；③无论什么运行条件，随着轮毂高度差的增大，无论是正值还是负值，下游风机的平均转子性能均有所提高，这是因为下游风机偏离上游风机尾流干扰区。（2）尾流特性：①风速为额定风速11.4m/s时：a.叶尖涡在下游比根部涡更短的距离处消失，这可能与叶尖涡遇到的更大的数值扩散有关，因为那里的流速远高于叶片根部区域附近；b.当上游和下游涡轮分别升高相同的高度时，上游尾流和下游涡轮之间的相互作用区域改变，并且上游尾流似乎向上偏转，这可能与轴倾斜有关，轴倾斜的存在可能导致来风与风机旋转平面之间的微小但不可忽略的不对准（图19），尽管如此，在风机设计中通常需要轴倾斜以保持所谓的塔架间隙，从而避免变形的风机叶片与塔架碰撞。c.速度赤字从叶片根部向其尖端增加。叶片根部处的速度更接近于来风速度（图18），而最大的速度赤字发生在叶片尖端附近，表明叶尖从风中提取能量的强度较大。②风速为超额定风速20m/s时：a.上游风机尾流的干扰区域有限，下游风机仅受到适度的负载，速度亏损不严重，且轴倾斜也没有引起太大的影响；b.当下游风机的轮毂高度升高时，由于风切变效应，其转子平面的上部暴露于更高的风速下，这有助于比负Δh情况下更大的性能改善。c.速度赤字相当小，因为对于轻负载风机，仅从风中提取一小部分能量，尾流向下游发展变化不大，因为是低湍流混合。4.垂直布置3、4台风机，Δh=0 D、=±0.3D的研究结果：（1）在U=11.4m/s额定工况下，升高上游风机可以带来更多的功率改善；（2）在U=20m/s超额定工况下，提高上游风机的轮毂高度是优选的，这与仅有2台风机时得出的结论相反。