[精品]探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制

《[精品]探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制【摘耍】随着经济的快速增长，人们对于湍流这方面的知识也在不断的进步中，但是对于湍流这方面所产生的科学现象还是没有更加完善的解释的，所以，本文就从探讨湍流强度定理和湍流发展的宏观机制这方面来研究。【关键词】湍流强度定理；湍流发展；宏观机制屮图分类号：0357文献标识码：A一、前言当今社会中，在对于湍流这方血的认识是证明科学在不断进步的依据,湍流这个科学名词出现以来，解释了很多以前解释不了的科学现象，湍流发展在宏观机制下有很大的提高，相信随着科学家在这方面的努力，湍流这项技术还会有

2、很大的进步的。二、风电机组机位湍流强度计算方法及其所适用的风电场1、环境湍流空气中湍流是指风速、风向及其垂直分量的迅速扰动或不规律性。湍流产生的原因主耍是，市于地形差异（例如山峰），当空气流动时与地表的“摩擦”以及由于空气密度差异和气温变化的热效应。湍流强度是脉动风速（瞬时风速与平均风速的差）的均方差。与平均风速v的比值：根据最新IEC标准，当IT>0.18时，表明湍流处于较高水平；当IT<0.14时，湍流处于较低水平。rtr于在此计算中完全采用测风塔数据计算风电场湍流强度，而没有考虑风电机组之间的影响,甚至也不考虑风电机组所处地形条件影响，因此在

3、风电场评佔中这里的IT叫做环境湍流。一个风电场，通常由几台、几十台其至上百台风电机组组成，通过风电场微观选址，所有机位被固定下来。然后根据风况条件，通常要对这些机位进行安全性分析，包括极大风速、湍流等，这些指标通常为风电机组生产厂家所重视。因此，不考虑机组之间的影响，以环境湍流的大小来说明风电机组机位湍流实际上只适用于个别情况。在一些地形平坦、风向单一的风电场内，风电机组呈单排分布，并且近似垂直主风向，如图1、图2所示，此时环境湍流一定程度上反映风电机组机位湍流强度的大小。图1为中国东南沿海某风电场风向风能玫瑰，该风电场可近似归类于上述情况。图1中

4、国东南沿海某风电场风向风能玫瑰图2风向及风电机组布置示意图2、厂商对风电机组机位湍流强度的计算方法风电机组生产厂商出于对机组的安全性考虑，通常要对机位湍流强度进行复核计算，作为是否适合此类风电机组的依据。这里介绍某大型风电机组制造商关于湍流强度的计算方法。根据IEC61400-1(ED3),最小机组间距大于10D,机位有效湍流强度如下所示：为环境湍流标准偏差。最小机组间距小于10D,机位有效湍流强度如下所示：其中为轮毂高度湍流标准偏差；di为机组间距；c为常数；Ieff为有效湍流强度；n为计算范围内和邻风电机组台数；m为SN-curve曲线指数；P

5、w为风速在某一风向的概率密度函数。计算软件根据风电机组平面位置坐标(不包括海拔高程信息)，可以计算得到风电机组和对位置排布和间距；由lOmin平均风速和标准偏差可以计算得到风电场的环境湍流强度；由tab文件及风电机组的CT曲线根据上述原理最终可计算出机位的有效湍流强度。图3、图4为计算输出的湍流结果。从输入条件来看，通常跟计算风电机组位有效湍流有关的地形及地表粗糙度文件、风电机组的相对位置高度信息没有输入到湍流计算当中，因此在地形平坦、地表情况不复杂的地区较为实用。而对于复杂的山区风场而言，10倍叶轮直径距离可能超过500nT800ni,风电机组落

6、差及地形、地表情况将影响到风电机组位湍流大小。图3环境湍流与IEC标准比较曲线图4各机位有效湍流与IEC标准比较曲线三、理论基础湍流对风电机组性能和寿命有直接影响，因此湍流强度是风电场选址的重要指标之•。当湍流强度大时，会减少输出功率,增加风电机组的疲劳载荷，还可能引起极端荷载，最终造成风电机组损坏。1、湍流强度IEC61400-1风电机组安全等级标准引出了风场湍流强度这一重要参数。湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度，反映脉动风速的和对强度，是描述大气湍流运动特性的最重要的特征量。湍流强度定义为脉动风速均方根值与平均风速之比，即：式中：u,v

7、,w分别为纵向、横向和竖向3个正交方向上的瞬吋风速分量；,wz分别为对应的3个正交方向上的脉动风速分量；V——风速。3个正交方向上的瞬时风速分量的湍流强度分别定义为：湍流强度与离地高度和地表面粗糙度有关，也受地貌特征的影响，如高地、山脉以及位于上风向的树和建筑物等。2、风模型IEC61400-1标准给出了正常湍流模型，其纵向风速分量标准偏差为：式中：115—一风速为15m/s时计算的湍流强度特征值；a一一斜度系数；Vhub——轮毂高度风速。与标准偏差。1相关的风模型有：极端运行阵风模型(EOG)、极端风向变化模型(EDC)、极端风速廓线模型(EWS

8、)和湍流风模型(NTM)。(1)极端运行阵风模型(EOG)标准等级的风电机组轮毂高度处的重现周期为N年的极限阵风风速幅值V