[发明专利]一种风电场风机尾流动态耦合模拟方法

权利要求书

1.一种风电场风机尾流动态耦合模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将计算域划分为多个网格单元，进而建立计算域网格模型，同时获取风机相关参数；

S2、将风机致动盘划分为多个径向等距的圆环，根据风速分别计算各圆环对应的轴向力和切向力，进而将轴向力和切向力对应分配到圆环包含的每个网格单元，得到各网格单元对应的阻力项，并依此建立风速与阻力项的对应关系模型；

S3、基于计算域网格模型，对风机尾流进行数值模拟，模拟时将阻力项添加到对应的网格单元，并根据变化的风速和风速与阻力项的对应关系模型动态计算更新阻力项，完成风机尾流的动态耦合模拟。

2.如权利要求1所述的风电场风机尾流动态耦合模拟方法，其特征在于，轴向力F_n和切向力F_t根据下式计算得到：

其中，ρ为空气密度，N为风机叶片数量，dr为圆环的径向宽度，c为圆环处对应的风机叶片弦长，C_n和C_t分别为轴向推力系数和切向阻力系数，ω为叶片上的合速度。

3.如权利要求2所述的风电场风机尾流动态耦合模拟方法，其特征在于，叶片上的合速度ω根据下式计算得到：

其中，v_n为圆环包含网格单元的平均轴向风速，v_t为圆环包含网格单元的平均切向风速，Ωr为圆环处绕轮毂中心旋转的线速度，v_t+Ωr为圆环的相对切向风速。

4.如权利要求3所述的风电场风机尾流动态耦合模拟方法，其特征在于，轴向推力系数C_n和切向阻力系数C_t计算步骤如下：

(1)根据圆环的平均轴向风速和相对切向风速计算入流角

(2)根据下式，由入流角得到轴向推力系数C_n和切向阻力系数C_t：

其中，先由入流角和桨距角β得到攻角α：进而根据攻角α得到圆环对应的升力系数C_l和阻力系数C_d。

5.如权利要求1所述的风电场风机尾流动态耦合模拟方法，其特征在于，所述S1中，先根据风电场所在地形区域确定计算域，对计算域进行网格划分得到计算域网格；然后获取计算域内的高程数据，并对高程数据进行插值处理；最后将插值处理后的高程数据与计算域网格结合，得到计算域网格模型。

6.如权利要求5所述的风电场风机尾流动态耦合模拟方法，其特征在于，对计算域进行非结构化网格划分，划分后每层网格数量相等且为三角形网格单元，每个网格单元整体呈不规则三棱柱状。

7.如权利要求1-6任一项所述的风电场风机尾流动态耦合模拟方法，其特征在于，将轴向力和切向力对应分配到每个网格单元时，首先对圆环包含的单元总体积作平均，得到单位体积的轴向力和切向力，然后将单位体积的轴向力作为网格单元X方向的阻力项，将单位体积的切向力进行Y、Z方向分解后，分别作为该网格单元Y、Z方向的阻力项，最终得到每个网格单元对应的X、Y、Z方向上的单位体积的阻力项。