【摘 要】
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由于在风资源丰富的三北地区的风场经常受风沙环境影响,且在大型风电场中各个风力机之间存在的尾流效应又会相互影响,所以本文通过数值模拟的方法探究风沙环境下风电场中尾流相互干扰的流场特性以及尾流对风沙输运的作用规律。以往风沙环境风力机流场的模拟多基于实体建模,受网格限制无法进行多台机组的流场计算,本文以SG6050翼型的风力机缩比模型作为研究对象,基于OpenFOAM通过添加源项的方式耦合致动线模型（A
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由于在风资源丰富的三北地区的风场经常受风沙环境影响,且在大型风电场中各个风力机之间存在的尾流效应又会相互影响,所以本文通过数值模拟的方法探究风沙环境下风电场中尾流相互干扰的流场特性以及尾流对风沙输运的作用规律。以往风沙环境风力机流场的模拟多基于实体建模,受网格限制无法进行多台机组的流场计算,本文以SG6050翼型的风力机缩比模型作为研究对象,基于OpenFOAM通过添加源项的方式耦合致动线模型（ALM）和多相流模型（MP-PIC）自定义求解器进行CFD模拟计算研究,分析不同颗粒浓度的风沙来流和不同的排布方式下的风力机尾流特性以及尾流对颗粒输运的影响。首先与实验对比进而验证该模型方法的可行性,针对单台风力机设置不同颗粒质量浓度的来流条件,对比分析不同体积分数的风沙来流对于风力机尾流场速度亏损和尾流恢复特性,对于低浓度的风沙来流,在风轮后5D距离范围内的近尾流区域对尾流速度亏损所起的恢复作用较弱,而在风轮后5D距离以外的远尾流区域,随着颗粒浓度的增加,尾流速度恢复变快。通过量纲分析解释颗粒与湍流的相互作用,颗粒浓度的提升对增强风力机尾流的湍流强度呈正相关。其次,低浓度时,颗粒运动主要受尾流结构主导,随尾流的螺旋结构呈周期性分布,随着颗粒浓度的增加,尾流结构遭到破坏,颗粒倾向于在低速区域堆积。随后展开对于不同间距下正对串列和错列两种布置方式的多机组尾流场进行模拟。对于不同间距的风力机排布方式,间距越小,下游风力机的功率下降越多且尾流膨胀特性更明显。由于颗粒的存在会从流场中吸收动能并增强尾流与自由流的掺混从而加快尾流的重建,随着颗粒浓度的增加,下游风机同时受到上游风力机尾流和颗粒的影响,下游风力机尾流的湍流强度更高,尾流恢复更快。与此同时,以Q准则作为涡量衡量标准,下游风力机尾流所产生的涡结构尺度更大,在横向错列排布1D距离下影响更明显,此时颗粒同时在低速区域和涡强较大的区域内堆积。
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