水平轴风力机尾流结构及其性能的实验研究

摘要

随着环境问题的日益严重，能源供应的逐渐紧张，可再生清洁能源越来越引起人们的高度重视，风力发电作为可再生能源的形式之一，不紧清洁无污染，而且是可再生能源发电技术中规模最大和技术最为成熟的方式之一，已受到世界各国的欢迎和高度重视。关于风力发电的问题很多，而在风电场中，许多风力机布置在一起，一些风力机必将处于其它风力机的尾流中。尾流的紊乱结构会影响下游风力机的疲劳载荷，使风力机的性能大大受到影响，输出功率明显减小，导致整个风电场的总功率输出受到影响。因此开展风力机尾流结构及其性能的实验研究必然会促进对风力机静态失速，动态失速等不稳定现象机理及风力机尾流之间的相互干扰的研究，对提高风轮的流场分析，载荷和气动特性计算的准确性以及合理布置风力机提高风电场效率起到重要作用。基于此，本文选取了100W小型水平轴风力机，用轴流式风机提供风源，对单台风力机和多台风力机在不同串列，错列间距布置方式下的尾流结构及其性能进行实验研究。
　　本文主要做了以下几个方面的内容:
　　(1)利用三菱变频器控制三台轴流式风机的转速来控制来流风速的大小，对单台风力机后不同测量断面的尾流场利用皮托管和精密型手持风速仪进行测量，获得远尾流场的速度和压力分布，然后对数据进行后处理和分析，并得出结论。同时也进行单台风力机尾迹的烟饼实验，观察尾迹发生，发展，湮灭的过程，为大型风力机的尾流研究提供参考依据，同时也为水平轴风力机尾流场的数值模拟提供实验验证。
　　(2)利用同样的方法，对不同串列间距的两台风力机的尾流场进行测量，获得远尾流场的速度和压力分布。然后对数据进行后处理和分析，得出结论，为风电场风力机的布置提供相关的理论依据，同时也为水平轴风力机机组串列的数值模拟提供实验验证。
　　(3)利用同样的方法，对不同错列间距的两台风力机的尾流场进行测量，获得远尾流场的速度和压力分布。然后对数据进行后处理和分析，得出结论，为风电场风力机的布置提供相关的理论依据，同时也为水平轴风力机机组错列的数值模拟提供实验验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的意义和目的

1．2 风力机尾流

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 本文的工作内容

第2章 水平轴风力机尾流的基础理论

2．1 综述

2．2 风力机的主要参数

2．2．1 叶尖速比λ和实度

2．2．2 功率系数Cp

2．3 风力机基本理论

2．3．1 贝茨理论

2．3．2 叶素理论

2．3．3 涡流理论

2．3．4 动量理论

2．4 小结

第3章 单台风力机尾流的实验研究

3．1 实验设备

3．1．1 轴流式风机

3．1．2 水平轴风力机

3．1．3 蓄电池和逆变器

3．1．4 测速仪器

3．1．5 其它实验设备

3．1．6 皮托管的原理

3．1．7 皮托管的标定方法

3．2 实验原理及实验步骤

3．2．1 实验原理

3．2．2 实验步骤

3．3 实验结果

3．4 实验分析

3．5 实验结果在大型风力机上的应用

3．6 单台风力机的烟迹实验

3．6．1 实验设备

3．6．2 实验步骤

3．6．3 烟迹图像

3．6．4 实验结果分析

3．7 本章小结

第4章 串列风力机尾流的实验研究

4．1 实验设备

4．2 实验示意图及实验步骤

4．2．1 实验示意图

4．2．2 实验步骤

4．3 实验结果

4．4 实验结果对比分析

4．5 本章小结

第5章 错列风力机尾流的实验研究

5．1 实验设备

5．2 实验原理及布置图

5．3 实验步骤

5．4 实验结果

5．5 实验结果对比分析

5．6 本章小结

总结与展望

本文总结

本文展望

参考文献

致谢

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