基于OpenFOAM的风电场流场的数值计算

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随着低碳时代的到来,各国开始大力发展可再生能源,风力发电作为一种蕴藏巨大,取之不尽的清洁能源,受到了各国的青睐。风电场选址作为风电场建设的前期工作,对风电场未来的效益起着决定性的作用。风资源评估为风电场选址提供了数据支持。因此,对风电场流场中风能分布和湍流强度特性的准确评估,是保证风电场安全运行和效益回报的关键。我国幅员辽阔,具有丰富的风资源。但是除了部分沿海和内陆的平原地区外,我国大部分风电场均处于复杂地形地貌的山区,而传统的线性模型(如WASP)不再适用于复杂地形的风电场。CFD模拟类似于虚拟的风洞试验,可以实现较高的计算精度,因而在工程中得到了越来越多的应用。本文采用开源的计算流体力学(CFD)软件—OpenFOAM中的simpleFoam求解器对风电场流场进行了数值计算。首先,以平坦地形为几何模型,以定常,均匀流动的理想大气边界层为物理模型,探索并验证合适的模型参数。然后以Askervein山为几何模型,对其进行数值模拟并与实验数据进行对比,最终验证simpleFoam的适用性以及模型参数的合理性。针对我国某风电场在台风来临时发生的风力机倒塌事故,应用上述模型对单台风力机周围的流场进行数值模拟,对比基座处削平和未削平两种地形的计算结果可知:在高来流风速条件下,削平后的风力机基座会对流场产生较大影响,致使风力机受力增加。最后本文对Bolund岛进行盲评,研究了在西风或偏西风(270°,255°,239°)以及东风(90°)四个风况条件下,Bolund岛风电场流场的风能分布及湍流强度特性。
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