一种风力机尾流区域流场建模的方法和装置与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力机尾流区域流场建模的方法和装置。


背景技术：

2.在风力发电领域，风力机的尾流效应是影响风电场发电量的一个重要因素。自由来流在流经风力机时，由于风力机会吸收一部分能量用于发电，使得风力机下游一定区域内出现风速减小的现象，导致位于该尾流区域内的下游风力机发电量减小。因此对风力机尾流区域的流场进行精准建模能够有效提高风电场发电效益以及降低投资风险。
3.解析模型是对风力机尾流区域流场进行建模的主要方法，目前已有的解析模型主要有jensen模型、frandsen模型、gaussian模型等，其中gaussian模型等二维解析尾流模型被认为能够更为准确描述尾流区的流场分布。二维解析尾流模型基于的假设之一是尾流区的速度亏损在轮毂中心处最大，且从轮毂中心向外侧逐渐递减，实际上将整个风力机看成一个整体来对尾流进行建模。然而，风力机吸收能量的位置在风力机叶片上，每个叶片均会产生单独的尾流效应，各个叶片产生的尾流随着流动逐渐叠加才发展成一个整体。因此尾流区最大速度亏损的位置在尾流刚形成时并非位于轮毂中心位置，而是位于每个叶片某一位置，随着尾流的发展才逐渐过渡到轮毂中心位置。现有的二维解析尾流模型并未考虑这些尾流的实际演化规律，一定程度上限制了尾流区流场建模的精度。


技术实现要素：

4.因此，本发明提供了一种风力机尾流区域流场建模的方法和装置，通过考虑风力机尾流实际产生及演化规律，提出一种新的解析尾流模型用于对风力机尾流区域的流场进行精准建模，提高了尾流计算精度，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.第一方面，本发明实施例提供一种风力机尾流区域流场建模的方法，包括：
7.根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确定风力机尾流区半径；
8.基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置；
9.基于风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分；
10.对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型；
11.对风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。
12.优选地，确定风力机尾流区半径的过程，包括：
13.确定流场建模所需基本参数，包括：风力机风轮直径d0、推力系数c
t
以及尾流扩散系数kw；
14.根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，风力机尾流区域半径rw为：
[0015][0016]
其中，x为尾流区距离风力机风轮面的流向距离。
[0017]
优选地，基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置的过程为：
[0018]
基于尾流区最大速度亏损产生于风力机叶片某一位置的尾流实际演化规律，则尾流区最大速度亏损的产生位置为：
[0019]rm
＝αrr0[0020]
其中，rm为尾流区最大速度亏损产生位置距离轮毂中心的距离，r0为风力机风轮半径，r0＝d0/2，ar为比例系数。
[0021]
优选地，对风力机尾流区进行区域划分的过程，包括：
[0022]
尾流效应二维平面存在风力机一号叶片和二号叶片，根据每个叶片均产生一个单独尾流以及不同叶片产生的尾流存在交互影响，结合风力机尾流区半径以及尾流区最大速度亏损的产生位置，将风力机尾流区划分为三个区域，包括：区域1、区域2和区域3；
[0023]
其中，区域1仅受到风力机一号叶片产生的尾流影响，不受二号叶片产生的尾流影响，其范围为：r
w-2rm《r≤rw，r为尾流区距离轮毂中心线的距离；
[0024]
区域2仅受到风力机二号叶片产生的尾流影响，不受一号叶片产生的尾流影响，其范围为：-rw≤r《2r
m-rw；
[0025]
区域3受到风力机一号叶片和二号叶片产生的尾流叠加影响，其范围为：2r
m-rw≤r≤r
w-2rm。
[0026]
优选地，对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型的过程，包括：
[0027]
根据三角函数的周期与叶片产生尾流影响的区域范围相同、风力机整体尾流边界处速度亏损分布特点以及尾流区速度分布公式，对尾流区的三个区域分别进行建模，得到待求解流场模型为：
[0028][0029]
其中，(u
∞-uw)/u
∞
为尾流区速度亏损，u
∞
为自由来流速度，uw为尾流区速度，(1)对应区域1的待求解流场模型，(2)对应区域2的待求解流场模型，(3)对应区域3的待求解流场模型，rw为尾流区半径，r为尾流区任一位置距离轮毂中心线的距离，参数m为待求解参数。
[0030]
优选地，尾流区速度分布公式为：其中，参数m、k和n为待定参数，待定参数k通过三角函数的周期与叶片产生尾流影响的区域范围相同确定，待定参数m和n的关系通过风力机整体尾流边界处速度亏损为0确定。
[0031]
优选地，通过动量守恒定理确定待求解流场模型中的待求解参数m，所述待求解参数m为其中，t1、t2、t3和t4为简化m引入的四个中间参数。
[0032]
第二方面，本发明实施例提供一种风力机尾流区域流场建模的装置，包括：
[0033]
尾流区半径确定单元，用于根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确定风力机尾流区半径；
[0034]
尾流区最大速度亏损产生位置确定单元，用于基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置；
[0035]
区域划分单元，用于基于风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分；
[0036]
流场建模单元，用于对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型；
[0037]
流场求解单元，用于对风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。
[0038]
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第一方面的一种风力机尾流区域流场建模的方法。
[0039]
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的一种风力机尾流区域流场建模的方法。
[0040]
本发明技术方案，具有如下优点：
[0041]
本发明提供的一种风力机尾流区域流场建模的方法和装置，方法包括：根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确定风力机尾流区半径；基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置；基于风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分；对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型；对风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。通过本发明的流场建模的方法和装置，通过考虑风力机尾流实际产生及演化规律，对风力机尾流区域的流场进行精准建模，提高了尾流计算精度。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]
图1本发明实施例中提供的风力机尾流区域流场建模的方法的流程示意图；
[0044]
图2本发明实施例中提供的尾流区的区域划分示意图；
[0045]
图3本发明实施例中提供的在x/d0＝3位置处的计算结果示意图；
[0046]
图4本发明实施例中提供在x/d0＝6位置处的计算结果示意图；
[0047]
图5本发明实施例中提供的风力机尾流区域流场建模的装置的组成图；
[0048]
图6本发明实施例中提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
[0049]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0050]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0051]
实施例1
[0052]
本发明实施例提供一种风力机尾流区域流场建模的方法，如图1所示，该方法包括：
[0053]
步骤s1：根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确定风力机尾流区半径。
[0054]
在本实施例中，确定风力机尾流区半径的过程，包括：
[0055]
步骤s11：确定流场建模所需基本参数，包括：风力机风轮直径d0、推力系数c
t
以及尾流扩散系数kw。
[0056]
具体地，风力机风轮直径d0、推力系数c
t
根据风力机型号确定，尾流扩散系数kw为经验参数，由风电场所处的环境决定，取值一般为0.05-0.075，仅作为举例说明，不以此为限制。
[0057]
步骤s12：根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，风力机尾流区域半径rw为：
[0058][0059]
其中，x为尾流区距离风力机风轮面的流向距离。
[0060]
步骤s2：基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置。
[0061]
在本实施例中，基于尾流区最大速度亏损产生于风力机叶片某一位置的尾流实际演化规律，则尾流区最大速度亏损的产生位置为：
[0062]rm
＝αrr0[0063]
其中，rm为尾流区最大速度亏损产生位置距离轮毂中心的距离，r0为风力机风轮半径，r0＝d0/2，ar为比例系数。需要说明的是，比例系数ar根据经验选取，由于风力机的风能吸收主要位于叶片外侧，因此ar的取值范围一般为0.5～0.8，仅作为举例说明，依据实际应
用需求确定。
[0064]
步骤s3：基于风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分。
[0065]
在本实施例中，尾流效应通常用二维平面内的尾流发展来表示，该平面内存在上侧的一号叶片和下侧的二号叶片，如图2所示。根据每个叶片均产生一个单独尾流以及不同叶片产生的尾流存在交互影响，结合风力机尾流区半径以及尾流区最大速度亏损的产生位置，将风力机尾流区划分为三个区域，包括：区域1、区域2和区域3。
[0066]
其中，区域1仅受到风力机一号叶片产生的尾流影响，不受二号叶片产生的尾流影响，其范围为：r
w-2rm《r≤rw，r为尾流区距离轮毂中心线的距离。需要说明的是，由于二号叶片产生尾流的影响区域范围为2(r
w-rm)，已知二号叶片产生尾流影响的下边界为-rw，可知上边界为r
w-2rm，因此区域1的范围为r
w-2rm《r≤rw。
[0067]
区域2仅受到风力机二号叶片产生的尾流影响，不受一号叶片产生的尾流影响，其范围为：-rw≤r《2r
m-rw。需要说明的是，由于一号叶片产生尾流的影响区域范围为2(r
w-rm)，已知一号叶片产生尾流影响的上边界为rw，可知下边界为2r
m-rw，因此区域2的范围为-rw≤r《2r
m-rw。
[0068]
区域3受到风力机一号叶片和二号叶片产生的尾流叠加影响，其范围为：2r
m-rw≤r≤r
w-2rm。需要说明的是，根据一号叶片产生尾流影响的下边界2r
m-rw以及二号叶片产生尾流影响的上边界为r
w-2rm，因此区域3的范围为2r
m-rw≤r≤r
w-2rm。
[0069]
步骤s4：对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型。
[0070]
在本实施例中，尾流区速度分布公式为：其中，(u
∞-uw)/u
∞
为尾流区速度亏损，u
∞
为自由来流速度，uw为尾流区速度，r为尾流区任一位置距离轮毂中心线的距离，参数m、k和n为待定参数，待定参数k通过三角函数的周期与叶片产生尾流影响的区域范围相同确定，待定参数m和n的关系通过风力机整体尾流边界处速度亏损为0确定。
[0071]
一具体实施例中，风力机每个叶片产生尾流的速度亏损符合三角函数分布，一号叶片产生尾流的最大速度亏损发生在rm位置，则其尾流区速度分布满足：
[0072][0073]
根据三角函数周期特点及尾流分布规律，可知三角函数的周期与一号叶片产生尾流的影响区域范围相同，得到如下公式：
[0074][0075]
又因为在风力机整体尾流边界处，即r＝rw处，速度亏损为0，可知：
[0076]
mcos(k(r
w-rm))+n＝0
[0077]
由上述公式可得，k＝π/(r
w-rm)，m＝n，则一号叶片产生尾流的速度分布满足：
[0078][0079]
同理，二号叶片产生尾流的最大速度亏损发生在-rm位置，其尾流区速度分布满足：
[0080][0081]
综上，对尾流区的三个区域分别进行建模，得到待求解流场模型为：
[0082][0083]
其中，(1)对应区域1的待求解流场模型，(2)对应区域2的待求解流场模型，(3)对应区域3的待求解流场模型，rw为尾流区半径，r为尾流区任一位置距离轮毂中心线的距离，参数m为待求解参数。
[0084]
步骤s5：对风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。
[0085]
在本实施例中，通过动量守恒定理确定待求解流场模型中的待求解参数m。具体地，基于建立的待求解流场模型和动量守恒定理，对风力机尾流区的流场进行求解，进而可计算评估尾流对尾流区内风力机发电量的影响，求解过程如下：
[0086][0087][0088]
经过计算得到其中，t1、t2、t3和t4为简化m引入的四个中间参数，需要说明的是这四个中间参数不具备任何意义，仅用于简化结果即简单表征待求解参数m，具体表示如下：
[0089][0090][0091][0092][0093]
一具体实施例中，对风力机尾流区两个流向截面x/d0＝3和x/d0＝6进行建模求解，具体过程包括：
[0094]
1、确定流场建模所需的基本参数以及风力机尾流区两个流向截面x/d0＝3和x/d0＝6的尾流区的半径。
[0095]
本实施例中，选定一款模型风力机，其风力机的风轮直径d0＝1.1m，推力系数c
t
＝0.75，尾流扩散系数kw＝0.065，根据尾流线性扩张假设，当x/d0＝3时，可知x＝3.3m，则风力机整体尾流区的半径rw＝0.888m；当x/d0＝6时，可知x＝6.6m，则风力机整体尾流区的半径rw
＝1.103m。
[0096]
2、确定尾流区最大速度亏损的产生位置。
[0097]
本实施例中，r0＝d0/2＝0.55m，αr取0.535，则根据尾流区最大速度亏损的产生位置rm＝αrr0可知rm＝0.294m。
[0098]
3、根据风力机尾流区划分为三个区域的划分依据，确定风力机尾流区两个流向截面x/d0＝3和x/d0＝6的各子区域的范围。
[0099]
本实施例中，当x/d0＝3时，根据风力机整体尾流区的半径rw＝0.888m和尾流区最大速度亏损的产生位置rm＝0.294m可知：
[0100]
区域1范围：0.3《r≤0.888，该区域仅受到风力机一号叶片产生的尾流影响，不受二号叶片产生的尾流影响。
[0101]
区域2范围：-0.888≤r《-0.3，该区域仅受到风力机二号叶片产生的尾流影响，不受一号叶片产生的尾流影响。
[0102]
区域3范围：-0.3≤r≤0.3，该区域受到风力机一号叶片和二号叶片产生的尾流叠加影响。
[0103]
当x/d0＝6时，根据风力机整体尾流区的半径rw＝1.103m和尾流区最大速度亏损的产生位置rm＝0.294m可知：
[0104]
区域1范围：0.514《r≤1.103，该区域仅受到风力机一号叶片产生的尾流影响，不受二号叶片产生的尾流影响。
[0105]
区域2范围：-1.103≤r《-0.514，该区域仅受到风力机二号叶片产生的尾流影响，不受一号叶片产生的尾流影响。
[0106]
区域3范围：-0.514≤r≤0.514，该区域受到风力机一号叶片和二号叶片产生的尾流叠加影响。
[0107]
4、对风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。
[0108]
本实施例中，当x/d0＝3时，根据动量守恒定理可知：
[0109]
t1＝-3.302、t2＝-8.731、t3＝20.293、t4＝34.586和m＝0.247；
[0110]
又因为rw＝0.888m，rm＝0.294m，带入待求解流场模型可以得到x/d0＝3处尾流区的流场分布，如图3所示。
[0111]
当x/d0＝6时，根据动量守恒定理可知：
[0112]
t1＝-6.117，t2＝-10.393，t3＝34.188，t4＝63.493和可知m＝0.121；
[0113]
又因为rw＝1.103m，rm＝0.294m，带入待求解流场模型可以得到x/d0＝6处尾流区的流场分布，如图4所示。
[0114]
需要说明的是，图3和图4中还展示了常用解析尾流模型(高斯模型)和实验结果。实验结果通过对风力机流场进行实际测量得到，精度更为准确，作为基准数据。从图中可以看出，与高斯模型相比，本发明实施例提供的解析尾流模型与实验结果更为吻合，验证了模型的准确性，表明本发明实施例提出的风力机尾流区域流场建模的方法能够考虑风力机尾流实际产生及演化规律，对风力机尾流区域的流场进行精准建模，提高了尾流计算精度。
[0115]
实施例2
[0116]
本发明实施例提供一种风力机尾流区域流场建模的装置，如图5所示，包括：
[0117]
尾流区半径确定单元，用于根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确
定风力机尾流区半径；此模块执行实施例1中的步骤s1所描述的方法，在此不再赘述。
[0118]
尾流区最大速度亏损产生位置确定单元，用于基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置；此模块执行实施例1中的步骤s2所描述的方法，在此不再赘述。
[0119]
区域划分单元，用于基于风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分；此模块执行实施例1中的步骤s3所描述的方法，在此不再赘述。
[0120]
流场建模单元，用于对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型；此模块执行实施例1中的步骤s4所描述的方法，在此不再赘述。
[0121]
流场求解单元，用于对风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型；此模块执行实施例1中的步骤s5所描述的方法，在此不再赘述。
[0122]
通过本发明提供的一种风力机尾流区域流场建模的装置，通过考虑风力机尾流实际产生及演化规律，提出一种新的解析尾流模型用于对尾流区的流场进行精准建模，提高了尾流计算精度。
[0123]
实施例3
[0124]
本发明实施例提供一种计算机设备，如图6所示，包括：至少一个处理器601，至少一个通信接口603，存储器604和至少一个通信总线602。其中，通信总线602用于实现这些组件之间的连接通信，通信接口603可以包括显示屏和键盘，可选通信接口603还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器604可以是高速易挥发性随机存取存储器，也可以是非不稳定的存储器，还可以是至少一个位于远离前述处理器601的存储装置。其中处理器601可以执行实施例1的风力机尾流区域流场建模的方法。存储器604中存储一组程序代码，且处理器601调用存储器604中存储的程序代码，以用于执行实施例1的风力机尾流区域流场建模的方法。
[0125]
其中，通信总线602可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称eisa)总线等。通信总线602可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0126]
其中，存储器604可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(random access memory，简称ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，简称hdd)或固态硬盘(solid-state drive，简称ssd)；存储器604还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0127]
其中，处理器601可以是中央处理器(central processing unit，简称cpu)，网络处理器(network processor，简称np)或者cpu和np的组合。
[0128]
其中，处理器601还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，简称asic)，可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，简称cpld)、现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、通用阵列逻辑(generic array logic，简称gal)或
其任意组合。
[0129]
可选地，存储器604还用于存储程序指令。处理器601可以调用程序指令，实现如本发明执行实施例1中的风力机尾流区域流场建模的方法。
[0130]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1的风力机尾流区域流场建模的方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read only memory，简称rom)、随机存储记忆体(random access memory，简称ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，简称hdd)或固态硬盘(solid state drive，简称ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0131]
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种风力机尾流区域流场建模的方法，其特征在于，包括：根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确定风力机尾流区半径；基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置；基于所述风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分；对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型；对所述风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。2.根据权利要求1所述的风力机尾流区域流场建模的方法，其特征在于，所述确定风力机尾流区半径的过程，包括：确定流场建模所需基本参数，包括：风力机风轮直径d0、推力系数c
t
以及尾流扩散系数k
w
；根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，风力机尾流区域半径r
w
为：其中，x为尾流区距离风力机风轮面的流向距离。3.根据权利要求2所述的风力机尾流区域流场建模的方法，其特征在于，所述基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置的过程为：基于尾流区最大速度亏损产生于风力机叶片某一位置的尾流实际演化规律，则尾流区最大速度亏损的产生位置为：r
m
＝α
r
r0其中，r
m
为尾流区最大速度亏损产生位置距离轮毂中心的距离，r0为风力机风轮半径，r0＝d0/2，a
r
为比例系数。4.根据权利要求3所述的风力机尾流区域流场建模的方法，其特征在于，所述对风力机尾流区进行区域划分的过程，包括：尾流效应二维平面存在风力机一号叶片和二号叶片，根据每个叶片均产生一个单独尾流以及不同叶片产生的尾流存在交互影响，结合风力机尾流区半径以及尾流区最大速度亏损的产生位置，将风力机尾流区划分为三个区域，包括：区域1、区域2和区域3；其中，区域1仅受到风力机一号叶片产生的尾流影响，不受二号叶片产生的尾流影响，其范围为：r
w-2r
m
<r≤r
w
，r为尾流区距离轮毂中心线的距离；区域2仅受到风力机二号叶片产生的尾流影响，不受一号叶片产生的尾流影响，其范围为：-r
w
≤r<2r
m-r
w
；区域3受到风力机一号叶片和二号叶片产生的尾流叠加影响，其范围为：2r
m-r
w
≤r≤r
w-2r
m
。5.根据权利要求4所述的风力机尾流区域流场建模的方法，其特征在于，所述对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型的过程，包括：根据三角函数的周期与叶片产生尾流影响的区域范围相同、风力机整体尾流边界处速
度亏损分布特点以及尾流区速度分布公式，对尾流区的三个区域分别进行建模，得到待求解流场模型为：其中，(u
∞-u
w
)/u
∞
为尾流区速度亏损，u
∞
为自由来流速度，u
w
为尾流区速度，(1)对应区域1的待求解流场模型，(2)对应区域2的待求解流场模型，(3)对应区域3的待求解流场模型，r
w
为尾流区半径，r为尾流区任一位置距离轮毂中心线的距离，参数m为待求解参数。6.根据权利要求5所述的风力机尾流区域流场建模的方法，其特征在于，所述尾流区速度分布公式为：其中，参数m、k和n为待定参数，所述待定参数k通过三角函数的周期与叶片产生尾流影响的区域范围相同确定，所述待定参数m和n的关系通过风力机整体尾流边界处速度亏损为0确定。7.根据权利要求5所述的风力机尾流区域流场建模的方法，其特征在于，通过动量守恒定理确定待求解流场模型中的待求解参数m，所述待求解参数m为其中，t1、t2、t3和t4为简化m引入的四个中间参数。8.一种风力机尾流区域流场建模的装置，其特征在于，包括：尾流区半径确定单元，用于根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确定风力机尾流区半径；尾流区最大速度亏损产生位置确定单元，用于基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置；区域划分单元，用于基于所述风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分；流场建模单元，用于对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型；流场求解单元，用于对所述风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。9.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-7中任一所述的风力机尾流区域流场建模的方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一所述的风力机尾流区域流
场建模的方法。

技术总结
本发明公开了一种风力机尾流区域流场建模的方法和装置，方法包括：根据流场建模所需基本参数和尾流线性扩张假设，确定风力机尾流区半径；基于尾流实际演化规律，确定尾流区最大速度亏损的产生位置；基于风力机尾流区半径、尾流区最大速度亏损的产生位置以及风力机叶片的尾流影响，对风力机尾流区进行区域划分；对划分区域后的风力机尾流区的流场进行分区域建模，建立风力机尾流区待求解流场模型；对风力机尾流区待求解流场模型进行求解，得到流场模型。通过本发明提供的流场建模的方法和装置，考虑了风力机尾流实际产生及演化规律，对风力机尾流区域的流场进行精准建模，提高了尾流计算精度。尾流计算精度。尾流计算精度。


技术研发人员：张子良 文仁强 杜梦蛟 易侃 张皓 王浩
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/7/13