复杂地形风场多尺度耦合数值模拟研究

目前,风场的多尺度耦合数值模拟成为研究热点。为构建WRF-LES模型,采用6层嵌套对湖南省湘西自治州某风电场区域进行多尺度耦合数值模拟实验,结合风电场区域的5001#、5002#测风塔实测数据,对比分析了中尺度模拟与LES小尺度模拟的小时平均风速、温度和压强。结果表明:WRF中尺度与LES小尺度都能对目标区域的小时平均风速、温度和压强进行有效的模拟。在风场模拟方面,LES的模拟风速普遍比中尺度模拟的风速大,在风速为≥8 m/s时,LES模拟的风速较中尺度模拟更加接近实际风速。而且,LES模拟较中尺度模拟结果相比,具有更高的水平分辨率(111m),精细化程度更高,更加能够反映出地形对风场的影响情况。     

WRF气象模式在高海拔复杂山地风电场中的应用研究

为深入研究高海拔无测风复杂地形区域风能资源评估,应用WRF气象模式进行风能资源分布模拟,并将模拟结果、MERRA数据分别与实测数据进行对比分析。研究表明,WRF模拟具有较高的模拟精度,且效果明显优于MERRA数据。WRF模式模拟值与6座测风塔实测年、月、日平均风速绝对误差均值为0. 37、0. 61 m/s和1. 36 m/s,日平均风速的相关系数均值可达0. 709 5。     

建宁金饶山风电场风能资源分析

该文使用建宁金饶山风电场2008年11月至2009年10月一年10 m、30 m、50 m、70m每日逐时每10分钟一次的测风资料,统计分析风电场各层各种风能资源参数分布情况。结果表明:金饶山风电场离地10 m高年平均风速为5.1 m/s,年平均风功率密度为161 W/m2;离地70 m高年平均风速为6.2 m/s,年平均风功率密度为256 W/m2,年有效风时约占78%。该风电场风资源具有一定开发价值。     

狭管地形内部风资源分布特性研究

以位于埃及红海苏伊士湾西岸的某风电场为研究对象，采用理论与实测数据相结合的分析方法对风电场内部的风速、风向进行分析，得到狭管地形内部风资源分布规律。采用不同的风资源评估软件进行测风塔互推，对比实测数据对不同软件模拟此类地形的准确性进行验证。结果表明：狭管地形内部越靠近峡谷中心线的地方，风速越大，越靠近山腰，风速越小；基于CFD的风资源评估软件WT能够模拟出狭管地形的风速分布特性，但仍存在较大误差。     

基于CFD和线性模型的多岛礁海上风电场模拟分析

以海上风电场周边岛礁上的风速观测资料为边界条件,利用线性模型和CFD模型分别对风电场场区的风资源进行了模拟。通过将模型模拟结果与海上风电场测风塔实测数据进行率定和验证,认为线性模型和CFD模型对多岛礁海域的风速模拟结果均偏小,但是与海上测风塔进行风资源模拟的结果相差不大。分析结果表明:在海上风电的前期工作过程中,可以使用岛礁处测风塔;CFD模型的模拟结果略好于线性模型的模拟结果,这主要是由于前者考虑到了大气稳定度的变化,因而可以更准确地模拟海上的风切变和湍流强度。     

海上浮式风力机叶片气动性能的数值模拟

该文采用滑移网格的方法,基于Open FOAM的瞬态求解器pimple Dy MFoam对OC4中的大型海上浮式风力机NREL 5MW叶片的气动性能进行了数值模拟。分别计算了不同风速(5 m/s、8 m/s和11 m/s)下风力机叶片的推力和扭矩,求得了叶片表面的极限流线分布、尾涡分布以及叶片表面不同截面处的压力系数分布。并将计算的结果与NREL的结果进行了对比分析,研究了不同风速下浮式风力机的受力及尾流场变化情况,可为今后大型海上风力机的设计与优化提供相关参考。     

隧道群毗邻隧道上游出口污染空气对下游隧道空气的影响

毗邻隧道上游隧道出口污染空气会对下游隧道产生影响,恶化其运营环境。以Realizablek-ε三维紊流模型及多组分扩散传输为物理计算模型,采用FLUENT流体计算软件模拟了上下游隧道间不同污染物的浓度分布以及上游隧道在不同间距不同风速时对下游隧道的影响,同时,根据贴壁射流理论,对其进行了理论分析。结果表明:当隧道距离大于400 m,风速小于2 m/s时,毗邻隧道二次污染小于5%。当上游隧道射流风速为2.5 m/s时,由此计算的理论值和模拟值基本吻合。     

新疆盐湖风电场风能资源评估分析

盐湖风电场是规划建设的新风电场,为了更好地利用其风能资源,对盐湖风电场的风能资源进行了评估分析。依据测风塔2794号1 a的测风数据,主要分析了年风能参数、风向频率和风能密度方向分布、风速频率及风能频率、湍流强度以及风切变指数。结果表明:盐湖风电场风功率密度达到4级;主风向与风能密度分布主方向一致;风能频率主要分布在中等风速段;盐湖风电场的风能资源丰富,具有很好的开发价值。     

基于粒子群优化算法的河谷地形风电场优化布置

以四川省安宁河谷地区的风电场为例,利用Meteodyn WT软件,对所选的风电场测风数据进行了分析研究。通过分析研究,得到了整个风电场各个网格点的风速、能量密度、湍流强度以及发电量等方面的参数;在此基础上,以风电场的发电量最大、尾流影响较小为优化目标,建立了基于改进的粒子群算法的优化数学模型,并运用该模型,对风力发电机组的机位优化布置方案进行了研究。研究结果表明：经过优化,与原有的风力发电机组的布置方案相比,优化后的布置方案的理论年发电量提升了5.58%。     

适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统研究

为了探寻适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统,利用 GFS 资料为中尺度模式 WRF提供初始场和边界条件,评估了不同模式分辨率、参数化方案对云南地区风速模拟结果的影响。结果表明: 对于云南地区,3 km 分辨率风速模拟效果总体上优于 9 km 分辨率; 不同参数化方案对于风速模拟效果影响较大,其中第 3 套参数化方案( 长波辐射方案选用 Earth Held － Suarez,短波辐射方案选用 RRTMG,陆面过程选用 Noah,积云对流方案选用 Kain － Fritsch,行星边界层方案选用 YSU) 为云南地区的最优化方案,其模拟结果与观测资料均方根误差最小( 区域平均均方根误差约为 1. 67 m / s,17 个观测站点平均均方根误差约为 3. 30 m / s) 。进一步结合功率预测模型分析表明,较优的分辨率 －参数化组合方案可以提升云南地区风电场功率预测合格率达 9. 68% ～ 38. 71% 。研究成果对提高云南地区风电场功率预测水平、制定合理消纳风电计划具有一定的指导意义。     

直接空冷凝汽器V型布置与A型布置防风能力对比研究

环境风引起的热回流等问题会导致机组背压升高,严重影响直接空冷电厂稳定运行。本文通过数值模拟,比较研究了2×300WM直接空冷电厂凝汽器A型布置和V型布置的防风性能。结果表明在环境风较小(3 m/s-9 m/s)时,V型布置换热效率明显高于A型布置,这种优势随环境风速增加而减小;当环境风速大于15 m/s时,V型布置散热效率与A型布置相比已无优势。     

横风作用下坝体与心墙填筑高差的防风结构研究

为降低碾压式沥青混凝土心墙在强风下填筑时心墙施工区风速,使风力等级达到规范要求,提出了利用坝体与心墙填筑高差形成防风结构的方法对心墙处近地面风速进行消减,并通过现场试验和数值模拟的方法对横风下不同设计形式的防风结构风力消减效果进行了评估。结果表明:增加防风结构高差和减小设置距离有利于心墙处近地面风速的消减;8级风(风速20.7 m/s)条件下,防风结构设置距离为9.08 m时,高差为10 m和12 m的心墙处近地面风力可消减至4级风(风速5.5 m/s)以下;设置距离和达到防风要求的最小高差呈线性关系;风速和达到防风要求的最小高差符合二次多项式关系。     

溧水河乌刹桥段一次雨雾的数值模拟研究

应用WRF数值天气预报模式对溧水河乌刹桥段一次雨雾进行数值模拟,模拟时间为北京时间2007年12月05日20∶00至2007年12月06日20∶00,采用4层嵌套结构,最内层水平分辨率为1 km×1 km。模拟并分析了溧水河乌刹桥段的第二层嵌套范围的海平面气压场、风场、液态水含量、相对湿度等分布情况,并将溧水河乌刹桥位置的10m风速模拟值和能见度计算值分别与气象站实测值进行了对比分析。研究结果表明,应用WRF数值天气预报模式对这次溧水河乌刹桥段雨雾的风场、相对湿度、能见度等模拟效果较好,此次溧水河乌刹桥段雨雾的成因为处于低压槽及均压区,有利于水汽聚集,水汽易达到饱和;相对湿度大,在85%以上;微风,风速为2-4 m/s,有利于雾天气形成和维持。     

黄河巴彦高勒蒸发实验站水面蒸发模型的建立

采用分段风速函数建立了黄河巴彦高勒蒸发实验站的道尔顿水面蒸发模型,计算结果表明:当风速小于3 m/s时,模型计算蒸发量与实测蒸发量相关关系很好,可基本消除水面蒸发经验公式在不同风速段出现不同系统性误差的现象;风速大于3 m/s时,模型计算结果不太理想。     

“达维”台风作用下连云港海域台风浪数值模拟

为准确模拟"达维"台风过境期间连云港海域波浪场分布,采用Jelesnianski风场模式模拟的海面10m风速作为波浪模式MIKE-SW的驱动风场,再现1210号"达维"台风登陆连云港海域波浪变化过程。模拟计算结果表明,Jelesnianski风场模式成功复演了"达维"台风过境期间风动力变化过程,1210号"达维"台风与1209号"苏拉"台风形成明显的双台风效应;"达维"台风风暴潮期间,连云港海洋站最大风暴增水1.78m,连云港海域风暴增水现象十分明显;利用三重网格嵌套技术,考虑实时风暴潮增水效应的台风浪模型能够较好地模拟连云港近海波浪成长过程,台风过境期间徐圩海洋站处H1/3波高最大值为3.86m,近岸海域波高等值线分布较为密集,分布趋势与水下地形等深线基本一致,破波带以内水域衰减速度明显加快,与连云港海域属于淤泥质海岸类型的性质相吻合。     

大型水利枢纽泄洪雾化原型观测研究

大型水利枢纽,尤其采用挑流消能工的高坝工程,在泄洪时产生的雾化降雨强度远超自然降雨,由此对枢纽正常运行、泄洪区交通安全、周围环境等均构成危害。对金沙江下游溪洛渡水电站大坝深孔泄洪时雾化影响范围、降雨强度分布、气象特性等进行了重点观测研究。结果表明:溪洛渡水电站深孔泄洪雾化降雨强度分布呈现局部降雨强度大、降雨强度沿纵向及岸坡方向递减速度快的特点;观测工况下最大降雨强度达4 704 mm/h;观测时段自然风速未超过3.5 m/s条件下,泄洪区最大风速达16.3 m/s;自然气压为0 kPa、空气湿度为85%左右时,最大气压约为96 kPa,空气湿度为100%。观测成果一方面可对溪洛渡水电站岸坡防护设计进行验证,并为以后类似工程的岸坡防护设计提供参考,另一方面可为其他研究手段的完善提供丰富详实数据,具有重要价值。     

基于流固耦合的垂直轴风机受力分析

为了通过流固耦合分析,探讨风机建筑一体化中垂直轴风力机叶片和主轴的受力情况,结合实际工程,在结构分析软件ANSYS Workbench[l1]中运用单向流固耦合的方法分别对风速是10m/s和50m/s时的风机叶片和主轴的静应力进行了计算分析和比较。结果表明:各种工况下,风力机叶片的最大静应力出现在叶片与主轴连接处,风力发电机叶片和主轴的最大静应力随着风速的增加而变大。静应力最高值远小于材料的屈服极限,所以静应力不会使风机叶片和主轴结构产生破坏。叶片与主轴的连接处都出现了应力集中现象,为了防止疲劳破坏,可以适当地加厚叶片和主轴连接处的厚度。     

毛乌素沙地喷灌蒸发漂移损失试验研究

对毛乌素沙地喷灌条件下蒸发漂移损失进行了试验研究,经数据分析,得出风速和空气相对湿度是影响当地灌水损失的重要因素,当风速<3 m/s时,喷灌水的利用率可达80%以上,此气象条件下适宜进行灌溉。     

高土石坝异型水舌雾化的数值反馈预测

基于挑流雾化随机喷溅数值预测模型的深化认识和实践应用,阐述了高土石坝泄流雾化典型特征,优化了异型水舌和复杂地形的建模方法,并应用于去学水电站的雾化反馈预测。反馈结果显示:最大雨强2.55 mm/h的测点在数值预测的2.00 mm/h雨强包络线内,其余4个实测值小于2.00 mm/h的测点均在数值预测的2.00 mm/h雨强包络线外。预测结果表明:雨强为10.00 mm/h的雾化暴雨防护区,推荐防护范围纵向至计算域x坐标641.64 m,横向范围为计算域y坐标-136.98～295.00 m;风向SSE、风速13.70 m/s的自然风是加剧右岸雾化扩散的最不利风场,推荐自然小雨界值0.42 mm/h为村庄选址区控制雨强,迁址在计算域内x坐标795.60 m下游。研究成果可用于工程泄流雾化危害的科学防控,有助于丰富高土石坝泄流雾化安全防控理论与技术。     

泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法研究

为实现在综合考虑地形和环境背景场条件下,模拟泄洪期间局地区域天气环境的变化情况,以数值天气预报系统为基础,建立了泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法。结合大岗山水电站一次降雨过程和实际观测资料,拟定了泄洪雾化同化数据分类设置的参考值范围。运用泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法,对大岗山水电站泄洪期间的天气环境变量进行了同化计算。由于大岗山水电站仅有2015年9月14日15∶30—16∶40泄洪数据,选取2015年9月14日16∶00时刻模拟数据分析得到,在考虑风向变化的条件下,风速变化值为8.76 m/s,纵向影响范围约2.1 km;温度降低了3.32℃,纵向影响范围约2 km;相对湿度升高了8.71%,纵向影响范围约2.8 km。模拟结果表明,风速受水舌风影响风向改变、风速升高,温度受泄洪雾化降雨影响降低,相对湿度受雨雾蒸发影响升高。同化模拟的结果均向观测数据趋近,模拟结果符合实际的观测情况。